热带气旋过程极值风速概率预报方法、装置和计算机设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及分析及测量控制技术领域，公开了一种热带气旋过程极值风速概率预报方法、装置和计算机设备，其中，方法包括：设定当前起报时间；提取当前计算热带气旋的路径和强度观测及预报数据；提取观测热带气旋中心位置数据，并确定下垫面类型；提取热带气旋集合成员所有预报时效的路径强度数据；根据下垫面类型计算修正后的预报强度值；计算热带气旋各集合成员的网格风速；根据网格风速计算三种热带气旋过程极值风速的概率数据并绘制产品图。本发明专利技术提供的方法，克服了现有模式集合预报系统对热带气旋过程极值风速偏弱、部分基于历史观测数据的热带气旋过程极值风速概率预报技术不适用于缺乏历史观测数据的区域问题。于缺乏历史观测数据的区域问题。于缺乏历史观测数据的区域问题。

【技术实现步骤摘要】
热带气旋过程极值风速概率预报方法、装置和计算机设备


[0001]本专利技术涉及分析及测量控制
，特别涉及一种热带气旋过程极值风速概率预报方法、装置和计算机设备。

技术介绍

[0002]热带气旋大风灾害是我国沿海及海上主要的自然灾害之一。其灾害的破坏力或者破坏程度和破坏区域，与热带气旋所带来的大风强度、分布及维持时间有紧密的关系。在热带气旋风灾评估的相关研究中发现，热带气旋过程极值风速(包括瞬时风速和最大风速)的强度和分布对热带气旋风灾的严重程度有很好的指示意义，因此，在防台减灾中，如何提供有一定预报技巧的热带气旋过程极值风速是一个急需解决的问题。不管是热带气旋风速确定预报技术还是概率预报技术，当前业务中最为主流和常见的工具是数值模式。然而，由于数值模式风速预报尤其是近地面层的风速预报不但与热带气旋路径、强度等预报能力有关，还与模式的分辨率、下垫面类型等紧密相关，其对热带气旋风速的预报性能还远不能满足防台减灾的需求。近年来，为了提高热带气旋风速的确定性预报性能，发展了耦合数值模式风场数据输出和人工智能的沿海台风极值风速预测技术、利用历史热带气旋风速观测数据发展的基于集合预报模型的登陆热带气旋过程极值风速预报系统、热带气旋引发沿海地区瞬时极大风风速预报方法和系统等。基于历史观测资料的风速预报技术，适用于有一定历史观测数据的区域，对海上等历史观测数据缺乏区域使用受到限制。
[0003]基于集合预报的概率预报产品，因其能描述预报的不确定性行，越来越受到各界人士的重视，基于数值模式的集合预报系统，由于需计算的集合成员较多，对计算机的运算能力需求巨大，通常采用降低模式分辨率的方式保证多成员的运算。当前集合预报系统对热带气旋的路径预报有较好的预报能力，但受其网格分辨率等影响，对热带气旋的强度和大风等预报存在较大的误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种热带气旋过程极值风速概率预报方法、装置和计算机设备，克服了现有模式集合预报系统对热带气旋过程极值风速预报偏弱、部分基于历史观测数据的热带气旋过程极值风速概率预报技术不适用于缺乏历史观测数据的区域问题。
[0005]本专利技术提供了一种热带气旋过程极值风速概率预报方法，包括：
[0006]获取过程极值风速概率预报的每日起报时间、目标预报时效和目标时间间隔；
[0007]提取机器时间，并根据所述机器时间设定当前起报时间；
[0008]提取当前起报时间的观测热带气旋路径和强度数据，得到当前起报时间下的活动热带气旋数；
[0009]当所述活动热带气旋数大于等于一时，提取当前计算热带气旋的路径和强度观测及预报数据，并修正热带气旋强度集合预报数据；
[0010]当热带气旋路径和强度预报的时间间隔大于所述目标时间间隔时，采用线性插值
法将热带气旋路径和修正后的热带气旋强度集合预报数据插值到目标时间间隔；
[0011]计算热带气旋各集合成员在各目标预报时效的网格风速，并根据所述网格风速计算三种热带气旋过程极值风速的概率数据并绘制产品图。
[0012]进一步地，所述获取过程极值风速概率预报的每日起报时间、目标预报时效和目标时间间隔的步骤，包括：
[0013]确定提供热带气旋路径和强度集合预报输入数据的来源；其中，所述来源中包括初始起报时间、初始预报时效和初始预报时间间隔；
[0014]根据所述初始预报时效和初始预报时间间隔确定过程极值风速概率预报的预报时效和时间间隔，作为目标预报时效和目标时间间隔；
[0015]根据初始起报时间设定过程极值风速概率预报的每日起报时间。
[0016]进一步地，所述当所述活动热带气旋数大于等于一时，提取当前计算热带气旋的路径和强度观测及预报数据，并利用预设的函数关系修正热带气旋强度集合预报数据的步骤之前，还包括：
[0017]提取设定时间范围内计算区域内的历史热带气旋路径和强度集合预报数据；其中，历史热带气旋路径包括热带气旋中心位置的经度σ和纬度
[0018]逐个计算热带气旋集合平均强度；其中，计算公式为：
[0019][0020]其中，P
cfe
为某次预报在某个预报时效h
f
的集合平均强度，P
cfi
为某次预报在某个预报时效h
f
各集合成员的热带气旋强度值；
[0021]确定陆地上热带气旋的强度观测数据与热带气旋集合平均强度数据间的函数关系，以及确定海洋上热带气旋的强度观测数据与热带气旋集合平均强度数据间的函数关系，作为预设的函数关系；其中，当热带气旋中心位于陆地上时，函数关系表达式为：
[0022][0023]当热带气旋中心位于海洋上时，函数关系表达式为：
[0024][0025]其中，为h
f
预报时效的热带气旋强度拟合值，v1,v2,
…
,v
m
为m个热带气旋强度预报误差因子。
[0026]进一步地，所述当热带气旋路径和强度预报的时间间隔大于所述目标时间间隔时，采用线性插值法将热带气旋路径和修正后的热带气旋强度集合预报数据插值到目标时间间隔的步骤中，线性插值法的计算公式为：
[0027][0028]其中，y为需要插值的变量，y0和y1为相邻两个非缺测的值，Δh1和Δh为与结束点和需插值点与起始点的时效差。
[0029]进一步地，所述计算热带气旋各集合成员在各目标预报时效的网格风速，并根据所述网格风速计算三种热带气旋过程极值风速的概率数据并绘制产品图的步骤，包括：
[0030]确定计算网格范围和网格分辨率；
[0031]提取某个时次观测热带气旋中心位置数据，并根据所述观测热带气旋中心位置数据确定热带气旋中心位置下垫面类型；其中，所述下垫面类型包括海洋和陆地；其中，所述中心位置数据包括中心经度数据、中心纬度数据；
[0032]提取所有热带气旋集合成员所有预报时效的热带气旋中心经度数据、中心纬度数据和中心最低气压数据；
[0033]当所述下垫面类型为陆地时，获取陆地参数，并将所述参数输入到陆地上热带气旋的强度观测数据与热带气旋集合平均强度数据间的函数关系的表达式中，计算修正后的热带气旋各集合成员的预报强度值；
[0034]当所述下垫面类型为海洋时，获取海洋参数，并将所述参数输入到海洋上热带气旋的强度观测数据与热带气旋集合平均强度数据间的函数关系的表达式中，计算修正后的热带气旋各集合成员的预报强度值；
[0035]根据所述下垫面类型、修正后的热带气旋各集合成员的预报强度值计算热带气旋各集合成员在各目标预报时效的网格风速；
[0036]根据所述网格风速计算三种热带气旋过程极值风速的概率数据并绘制产品图。
[0037]进一步地，所述根据所述下垫面类型、修正后的热带气旋各集合成员的预报强度值计算热带气旋各集合成员在各目标预报时效的网格风速的步骤，包括：
[0038]当所述下垫面类型为海洋时，将修正后的热带气旋各集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热带气旋过程极值风速概率预报方法，其特征在于，包括：获取过程极值风速概率预报的每日起报时间、目标预报时效和目标时间间隔；提取机器时间，并根据所述机器时间设定当前起报时间；提取当前起报时间的观测热带气旋路径和强度数据，得到当前起报时间下的活动热带气旋数；当所述活动热带气旋数大于等于一时，提取当前计算热带气旋的路径和强度观测及预报数据，并修正热带气旋强度集合预报数据；当热带气旋路径和强度预报的时间间隔大于所述目标时间间隔时，采用线性插值法将热带气旋路径和修正后的热带气旋强度集合预报数据插值到目标时间间隔；计算热带气旋各集合成员在各目标预报时效的网格风速，并根据所述网格风速计算三种热带气旋过程极值风速的概率数据并绘制产品图。2.根据权利要求1所述的热带气旋过程极值风速概率预报方法，其特征在于，所述获取过程极值风速概率预报的每日起报时间、目标预报时效和目标时间间隔的步骤，包括：确定提供热带气旋路径和强度集合预报输入数据的来源；其中，所述来源中包括初始起报时间、初始预报时效和初始预报时间间隔；根据所述初始预报时效和初始预报时间间隔确定过程极值风速概率预报的预报时效和时间间隔，作为目标预报时效和目标时间间隔；根据初始起报时间设定过程极值风速概率预报的每日起报时间。3.根据权利要求1所述的热带气旋过程极值风速概率预报方法，其特征在于，所述当所述活动热带气旋数大于等于一时，提取当前计算热带气旋的路径和强度观测及预报数据，并利用预设的函数关系修正热带气旋强度集合预报数据的步骤之前，还包括：提取设定时间范围内计算区域内的历史热带气旋路径和强度集合预报数据；其中，历史热带气旋路径包括热带气旋中心位置的经度σ和纬度逐个计算热带气旋集合的平均强度；其中，计算公式为：其中，P
cfe
为某次预报在某个预报时效h
f
的集合平均强度，P
cfi
为某次预报在某个预报时效h
f
各集合成员的热带气旋强度值；确定陆地上热带气旋的强度观测数据与热带气旋集合平均强度数据间的函数关系，以及确定海洋上热带气旋的强度观测数据与热带气旋集合平均强度数据间的函数关系，作为预设的函数关系；其中，当热带气旋中心位于陆地上时，函数关系表达式为：当热带气旋中心位于海洋上时，函数关系表达式为：其中，为h
f
预报时效的热带气旋强度拟合值，v1,v2,
…
,v
m
为m个热带气旋强度预报误差因子。4.根据权利要求1所述的热带气旋过程极值风速概率预报方法，其特征在于，所述当热
带气旋路径和强度预报的时间间隔大于所述目标时间间隔时，采用线性插值法将热带气旋路径和修正后的热带气旋强度集合预报数据插值到目标时间间隔的步骤中，线性插值法的计算公式为：其中，y为需要插值的变量，y0和y1为相邻两个非缺测的值，Δh1和Δh为与结束点和需插值点与起始点的时效差。5.根据权利要求3所述的热带气旋过程极值风速概率预报方法，其特征在于，所述计算热带气旋各集合成员在各目标预报时效的网格风速，并根据所述网格风速计算三种热带气旋过程极值风速的概率数据并绘制产品图的步骤，包括：确定计算网格范围和网格分辨率；提取某个时次观测热带气旋中心位置数据，并根据所述观测热带气旋中心位置数据确定热带气旋中心位置下垫面类型；其中，所述下垫面类型包括海洋和陆地；其中，所述中心位置数据包括中心经度数据、中心纬度数据；提取所有热带气旋集合成员所有预报时效的热带气旋中心经度数据、中心纬度数据和中心最低气压数据；当所述下垫面类型为陆地时，获取陆地参数，并将所述参数输入到陆地上热带气旋的强度观测数据与热带气旋集合平均强度数据间的函数关系的表达式中，计算修正后的热带气旋各集合成员的预报强度值；当所述下垫面类型为海洋时，获取海洋参数，并将所述参数输入到海洋上热带气旋的强度观测数据与热带气旋集合平均强度数据间的函数关系的表达式中，计算修正后的热带气旋各集合成员的预报强度值；根据所述下垫面类型、修正后的热带气旋各集合成员的预报强度值计算热带气旋各集合成员在各目标预报时效的网格风速；根据所述网格风速计算三种热带气旋过程极值风速的概率数据并绘制产品图。6.根据权利要求5所述的热带气旋过程极值风速概率预报方法，其特征在于，所述根据所述下垫面类型、修正后的热带气旋各集合成员的预报强度值计算热带气旋各集合成员在各目标预报时效的网格风速的步骤，包括：当所述下垫面类型为海洋时，将修正后的热带气旋各集...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈佩燕，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：