一种利用枚举法预报短时高空风的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用枚举法预报短时高空风的方法，属于航天气象保障领域。本发明专利技术利用枚举法预报短时高空风的方法包括：将数值预报数据在水平、垂直方向线性插值到预报格点的各高度层；结合实况探测数据利用枚举法计算出多组风场修正预报，计算多个时次修正预报与实况探测数据偏差，选取修正预报效果最好情况对应的修正系数；代入到修正预报方程计算，得到最终的高空风预报产品。本发明专利技术利用枚举法、最优系数筛选等算法进行单点整层高空风预报优化，实现更精准短时0～20km逐250m分层高空风预报。相比于直接利用数值预报插值方法进行高空风预报，优化后高空风预报整层标准差减少15％、平均绝对偏差减少10％。平均绝对偏差减少10％。平均绝对偏差减少10％。

【技术实现步骤摘要】
一种利用枚举法预报短时高空风的方法


[0001]本专利技术属于航天气象保障领域，具体涉及一种利用枚举法预报短时高空风的方法。

技术介绍

[0002]风对航天器发射有着不容忽视的影响。尤其是高空大风，其作用在航天器上的气动载荷、风振、风切变等物理效应对飞行器自身结构和飞行姿态均会产生重大影响。依据高空风预报，航天器可以通过调整飞行姿态，将气流引起的攻角、侧滑角尽量消除，可以有效降低航天器结构损坏的可能性，提高飞行成功概率。现有高空风预报主要是利用数值模式计算出的数值预报数据，但由于模式的系统误差和高空风特征的本地化差异，利用数值预报进行短时高空风预报精度很难再有提高，因此本文提出结合实况探测的短时高空风预报方法，可以有效降低预报标准差和平均绝对偏差，在航天器发射过程中起到十分重要的作用。

技术实现思路

[0003](一)要解决的技术问题
[0004]本专利技术要解决的技术问题是如何提供一种利用枚举法预报短时高空风的方法，以解决现有高空风预报主要是利用数值模式计算出的数值预报数据，但由于模式的系统误差和高空风特征的本地化差异，利用数值预报进行短时高空风预报精度很难再有提高的问题。
[0005](二)技术方案
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种利用枚举法预报短时高空风的方法，该方法包括如下步骤：
[0007]S1、数据插值
[0008]利用数值预报纬向风u风场、经向风v风场数据，在水平、垂直方向上通过线性插值到预报点，得到预报点0～20km逐250m风场数据；
[0009]S2、通过枚举法利用实况探测对数值预报修正
[0010]计算i
‑
1时次实况探测与数值预报整层风场偏差，利用枚举法选取不同修正系数将i
‑
1时次风场偏差代入到i时次数值预报，计算出多组i时次的风场修正预报；
[0011]S3、通过最优系数筛选，选取修正系数：
[0012]利用最新实况探测数据进行滚动订正，用预报时次之前多个时次不同修正系数的风场修正预报与对应时次的实况探测进行计算，计算出风场偏差的标准差和绝对偏差，选取多个时次平均标准差与平均绝对偏差之和的最小值，对应的修正系数作为最优修正系数，代入到修正预报公式计算出最终风场修正预报。
[0013]进一步地，该方法需循环约束条件：每天进行2次高空风探测，探测时间间隔不超过12小时；短时高空风预报时效为最近一次实况高空风探测12小时内，需至少已有2天连续
探测数据。
[0014]进一步地，所述步骤S1中水平方向上线性插值具体包括：利用数值预报纬向风u风场、经向风v风场数据，在水平方向上，如果预报点在数值预报的网格点上，直接使用此网格点数据，如果不在网格点上，则取预报点周围四个格点先沿x方向、再沿y方向线性插值到预报点。
[0015]进一步地，该数值预报为欧洲数值预报。
[0016]进一步地，所述步骤S1中垂直方向上线性插值具体包括：在垂直方向上，采用线性内插的方法，将数值预报1000～50hPa共17层的纬向风u风场、经向风v风场分量，插值到距离地面0～20km高度间隔250m各层，共有81层。
[0017]进一步地，所述步骤S2包括：
[0018]仅考虑一个高度层情况下，假设i时次实况风Y与数值预报的预报点风场f、偏差δ的关系如下：
[0019]Y
i
＝f
i
+δ
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0020]其中δ
i
为实况探测风场与数值预报风场的偏差；将δ
i
用已知的最近时次δ
i
‑1进行替换，其中ω为系数，表达式如下：
[0021]δ
i
＝δ
i
‑1·
ω
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0022]修正预报F
i
表达为
[0023]F
i
＝f
i
+δ
i
‑1·
ω
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0024]由于δ
i
和f
i
为已知量，因此只需确定系数ω，利用枚举法选取不同系数的值，即可求得修正预报F
i
。
[0025]进一步地，采用枚举法进行试验，ω取值区间为[0.0,1.0]，间隔为0.1，共设计11组对照试验，得到F
ij
，j＝1,2,
…
,11。j为对照组序号。
[0026]进一步地，所述步骤S3中用预报时次之前多个时次不同修正系数的风场修正预报与对应时次的实况探测进行计算，计算出风场偏差的标准差和绝对偏差具体包括：
[0027]利用已有的连续n次实况探测Y
i
，i＝1,
…
,n，计算不同修正系数ω对应的修正预报F
ijk
，并计算预报偏差δ
ijk
；
[0028]δ
ijk
＝Y
ik
‑
F
ijk i＝2,3,
…
,n j＝1,2,
…
,11 k＝1,2,
…
,81
ꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0029]其中，i为实况探测序号，j为对照组序号，k为高度层序号；由于修正预报需要利用上一时次δ进行计算，因此2≤i≤n。
[0030]对各高度层的预报偏差δ
ijk
进行累加计算各次预报的整层偏差δ
ij
，计算整层偏差δ
ij
的标准差S
ij
和平均绝对偏差M
Dij
。
[0031]进一步地，所述步骤S3中选取多个时次平均标准差与平均绝对偏差之和的最小值，对应的修正系数作为最优修正系数，代入到修正预报公式计算出最终风场修正预报具体包括：求出多个时次平均的标准差和平均绝对偏差选取多个时次平均标准差与平均绝对偏差之和的最小值，对应的修正系数ω作为最优修正系数，代入到公式(3)计算出最终高空风修正预报。
[0032]进一步地，该方法还包括：每次进行高空风预报时，均重复S1
‑
S3，得到最优修正系
数，实现数据滚动预报。
[0033](三)有益效果
[0034]本专利技术提出一种利用枚举法预报短时高空风的方法，利用枚举法预报短时高空风的方法包括：将数值预报数据在水平、垂直方向线性插值到预报格点的各高度层；结合实况探测数据利用枚举法计算出多组风场修正预报，计算多个时次修正预报与实况探测数据偏差，选取修正预报效果最好情况对应的修正系数；代入到修正预报方程计算，得到最终的高空风预报产品。
[0035]本专利技术针对航天气象保障中高空风预报保障需求，使用实况探测数据和数值预报数据，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用枚举法预报短时高空风的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1、数据插值利用数值预报纬向风u风场、经向风v风场数据，在水平、垂直方向上通过线性插值到预报点，得到预报点0～20km逐250m风场数据；S2、通过枚举法利用实况探测对数值预报修正计算i
‑
1时次实况探测与数值预报整层风场偏差，利用枚举法选取不同修正系数将i
‑
1时次风场偏差代入到i时次数值预报，计算出多组i时次的风场修正预报；S3、通过最优系数筛选，选取修正系数：利用最新实况探测数据进行滚动订正，用预报时次之前多个时次不同修正系数的风场修正预报与对应时次的实况探测进行计算，计算出风场偏差的标准差和绝对偏差，选取多个时次平均标准差与平均绝对偏差之和的最小值，对应的修正系数作为最优修正系数，代入到修正预报公式计算出最终风场修正预报。2.如权利要求1所述的利用枚举法预报短时高空风的方法，其特征在于，该方法需循环约束条件：每天进行2次高空风探测，探测时间间隔不超过12小时；短时高空风预报时效为最近一次实况高空风探测12小时内，需至少已有2天连续探测数据。3.如权利要求1或2所述的利用枚举法预报短时高空风的方法，其特征在于，所述步骤S1中水平方向上线性插值具体包括：利用数值预报纬向风u风场、经向风v风场数据，在水平方向上，如果预报点在数值预报的网格点上，直接使用此网格点数据，如果不在网格点上，则取预报点周围四个格点先沿x方向、再沿y方向线性插值到预报点。4.如权利要求3所述的利用枚举法预报短时高空风的方法，其特征在于，该数值预报为欧洲数值预报。5.如权利要求3所述的利用枚举法预报短时高空风的方法，其特征在于，所述步骤S1中垂直方向上线性插值具体包括：在垂直方向上，采用线性内插的方法，将数值预报1000～50hPa共17层的纬向风u风场、经向风v风场分量，插值到距离地面0～20km高度间隔250m各层，共有81层。6.如权利要求5所述的利用枚举法预报短时高空风的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：仅考虑一个高度层情况下，假设i时次实况风Y与数值预报的预报点风场f、偏差δ的关系如下：Y
i
＝f
i
+δ
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中δ
i
为实况探测风场与数值预报风场的偏差；将δ
i
用已知的最近时次δ
i
‑1进行替换，其中ω为系数，表达式如下：δ
i
＝δ
i
‑1·
ω
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)修正预报...

【专利技术属性】
技术研发人员：贵志成，郭学文，杨道勇，赵小平，甘思旧，施萧，王艳莹，陈峥光，张晓杰，聂于棚，曹增辉，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三七九六部队，
类型：发明
国别省市：