基于坡长的近地面风速统计降尺度订正方法技术

本发明专利技术公开了一种基于坡长的近地面风速统计降尺度订正方法，包括如下步骤：步骤一，实时下载CIMISS实测气象数据；步骤二，实时下载WARMS模式资料，并结合模式所用地形数据，计算地形参数，输出地形参数文件；步骤三，根据实测资料，对应的模式预报资料和地形参数，训练统计订正关系，获得订正模型，并对模式预报风速进行订正；本发明专利技术的基于坡长的近地面风速统计降尺度订正方法，通过步骤一、步骤二和步骤三的设置，便可有效的提升复杂地形下模式近地面风场的预报能力。风场的预报能力。风场的预报能力。

【技术实现步骤摘要】
基于坡长的近地面风速统计降尺度订正方法


[0001]本专利技术涉及气象计算
，更具体的说是涉及一种基于坡长的近地面风速统计降尺度订正方法。

技术介绍

[0002]模式预报风速的订正方法可以分为动力订正与统计订正两种。动力订正方案是建立在对大气物理机制进一步认识的基础上，通过对物理参数化方案的改进来提高预报准确率。比如Jim
é
nez等(2013)引入与地形高度的算子Δ2h等，使模式对次网格的地形效应考虑更加完善。统计订正方案主要采用线性的数理统计方法，基于大量的历史数据，建立包含各订正因子的统计订正模型，进行实时的预报风速订正。
[0003]近地面风速的订正效果主要在于如何将地形影响引入模式或者后续订正模型中(黄穗，2019)，故如何定量地描述复杂地形特征是订正模式预报风速的关键所在。经对现有技术的文献和专利检索发现可知，目前的模式风速的订正方法往往计算量大、参数过少，比如杨程等(2019)提出的订正方法仅考虑了温度、气压、湿度等环境影响因子，未考虑地形影响。其他考虑地形的订正方法也有一定缺陷，比如引入“有效粗糙长度”的概念会影响模式其他预报结果。王姝等(2019)提出的基于地形的风速订正方法中提出了新的地形因子ct来区分山地和谷地，主要取决于地形高程，对地形形态的考虑不足。黄俊杰等(2015)提出了一种“基于气象和地形因子的输变电设备覆冰灾害监测和预报方法”，该专利方法中包含了坡角和坡向，分别描述坡面倾斜程度和坡面朝向。虽然该专利方法中对地形的描述更加准确了，但同时也增加了订正模型中的回归因子数，增加了订正模型的不稳定性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术考虑了地形高程和地形形态，提出了能够同时描述地形坡度及坡向概念的“坡长”，在此基础上结合模式和实测资料中的要素，提供了一种基于坡长的近地面风速统计降尺度订正方法。该方法的优势在于在定量描述地形特征的基础上，简化统计订正的计算过程，并能够明显减小模式的预报风速误差，提高风速预报准确率。本专利技术提供了如下技术方案：一种基于坡长的近地面风速统计降尺度订正方法，包括如下步骤：
[0005]步骤一，实时下载CIMISS实测气象数据；
[0006]步骤二，实时下载WARMS模式资料，并结合模式所用地形数据，计算地形参数，输出地形参数文件；
[0007]步骤三，根据实测资料，对应的模式预报资料和地形参数，训练统计订正关系，获得订正模型，并对模式预报风速进行订正；
[0008]所述步骤二之前还具有坡长定义计算步骤；
[0009]步骤1，将在连续上下坡面上，沿风向方向的斜面距离定义为坡长；
[0010]步骤2，判断点A坡角大于阈值a，即非平地；
[0011]步骤3，根据点A风向寻找下一个点B，判断点B存在；
[0012]步骤4，判断点B坡角大于阈值a，A、B点的风向差小于阈值b，A、B点的坡角差小于阈值c，满足条件后计算坡长；
[0013]步骤5，以点B为起点，返回步骤3，重复上述步骤，计算累积坡长。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤一中训练统计订正模型的具体步骤如下：
[0015]步骤一一，实时下载CIMISS实测气象数据；
[0016]步骤一二，查找实测资料对应的WARMS模式预报资料，然后将分辨率为9km的模式高低空预报产品和地形参数文件插值到实测资料中的各站点；
[0017]步骤一三，整合一个月内各预报时效的插值文件，作为最新订正模型的训练样本，每个月整合一次；
[0018]步骤一四，利用一个月内的模式预报和实测资料，建立统计订正模型，并每个月一次建立更新。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤一四中建立统计订正模型的具体方法为将预报风速分为四个等级，静风、低风速、小于六级的小风速和大于等于六级的大风速；风速误差u
’
为预报因变量，各订正因子作为自变量，其中订正因子包括实测资料中的测站经纬度、海拔高度和预报时刻，模式预报产品中的10m风速、10m温度、10m相对湿度、海平面气压、700hPa风速、850hPa风速，地形参数包括海拔高度误差、坡角、坡长、次网格地形标准差和网格地形标准差；采用逐步回归方法，训练各等级风速、各预报时效的统计订正模型。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤二中的地形参数包括海拔高度误差、坡角、坡长、次网格地形标准差和网格地形标准差；
[0021]其中，网格地形标准差和次网格地形标准差的计算公式如下：
[0022][0023]式中，N为个数；h_9km
i
为格点海拔高度；为该区域内海拔高度的均值。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，所述海拔高度误差采用最近插值法计算，将模式格点地形高度插值到实际站点，再计算插值之后的模式地形高度和实测资料中站点地形高度的差，计算公式如下：
[0025]dh＝h
warms-h
obs
[0026]式中，为h
warms
插值之后的模式地形高度，h
obs
为实测资料中的测站地形高度。
[0027]作为本专利技术的进一步改进，所述坡角计算方式为：
[0028]将风向划分为8个方位，根据不同时刻的风向所在方位求算该格点的坡角大小，坡角计算使用“前插”格式，上坡坡角为正，下坡坡角为负，以西南风为例，计算公式如下：
[0029][0030]式中，h
o
和h
A
分别表示O点和A点的海拔高度，1为模式空间分辨率。
[0031]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤二中订正模型对地形参数文件进行训练以及
后续的实时订正的具体步骤如下：
[0032]步骤二一，将WARMS模式的高低空预报产品及各地形参数插值到固定的精细网格；
[0033]步骤二二，读取上个月月底训练出的订正模型，订正精细化的网格近地面风速，输出文件。
[0034]本专利技术的有益效果，通过本专利技术基于坡长的近地面风速统计降尺度订正方案方法，能够显著提升复杂地形下模式近地面风场的预报能力，且自由度较高，可作为模式的后处理模块接入不同数值预报模式。
附图说明
[0035]图1为本专利技术的订正方法的流程图；
[0036]图2为坡长概念示意图；
[0037]图3为坡长计算流程图；
[0038]图4为网格地形标准差及坡角概念示意图；
[0039]图5为2019年8月10日01时(站点位于十级风圈内)的风速偏差图，(a)图为订正前，(b)图为订正后。
具体实施方式
[0040]下面将结合附图所给出的实施例对本专利技术做进一步的详述。
[0041]参照图1至5所示，本实施例的一种基于坡长的近地面风速统计降尺度订正方法，首先需要对坡长进行定义，在定义好坡长以后，便执行如下步骤：
[0042]步骤一，实时下载CIMIS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于坡长的近地面风速统计降尺度订正方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，实时下载CIMISS实测气象数据；步骤二，实时下载WARMS模式资料，并结合模式所用地形数据，计算地形参数，输出地形参数文件；步骤三，根据实测资料，对应的模式预报资料和地形参数，训练统计订正关系，获得订正模型，并对模式预报风速进行订正；所述步骤二之前还具有坡长定义计算步骤；步骤1，将在连续上下坡面上，沿风向方向的斜面距离定义为坡长；步骤2，判断点A坡角大于阈值a，即非平地；步骤3，根据点A风向寻找下一个点B，判断点B存在；步骤4，判断点B坡角大于阈值a，A、B点的风向差小于阈值b，A、B点的坡角差小于阈值c，满足条件后计算坡长；步骤5，以点B为起点，返回步骤3，重复上述步骤，计算累积坡长。2.根据权利要求1所述的基于坡长的近地面风速统计降尺度订正方法，其特征在于：所述步骤一中训练统计订正模型的具体步骤如下：步骤一一，实时下载CIMISS实测气象数据；步骤一二，查找实测资料对应的WARMS模式预报资料，并计算地形参数，然后将分辨率为9km的模式高低空预报产品和地形参数文件插值到实测资料中的各站点；步骤一三，整合一个月内各预报时效的插值文件，作为最新订正模型的训练样本，每个月整合一次；步骤一四，利用一个月内的模式预报和实测资料，建立统计订正模型，并每个月一次建立更新。3.根据权利要求2所述的基于坡长的近地面风速统计降尺度订正方法，其特征在于：所述步骤一四中建立统计订正模型的具体方法为将预报风速分为四个等级，静风、低风速、小于六级的小风速和大于等于六级的大风速；风速误差u
’
为预报因变量，各订正因子作为自变量，其中订正因子包括实测资料中的测站经纬度、海拔高度和预报时刻，模式预报产品中的10m风速、10m温度、10m相对湿度、海平面气压、700hPa风速、850hP...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤胜茗，薛文博，余晖，
申请(专利权)人：中国气象局上海台风研究所上海市气象科学研究所，
类型：发明
国别省市：