一种集合预报检验系统技术方案

本发明专利技术涉及天气预报技术领域，具体地说是一种集合预报检验系统，通过shell脚本语言进行参数设置，模块流程控制，以Fortran90语言进行评分计算及统计，最后通过GrADS脚本语言进行绘制出图；系统包括的功能有：雷达组合反射率检验、降水目标相似度空间检验、集合预报En

【技术实现步骤摘要】
一种集合预报检验系统


[0001]本专利技术涉及天气预报
，具体地说是一种集合预报检验系统。

技术介绍

[0002]随着数值天气预报技术的不断发展，集合预报业务与技术也不断更新升级。集合预报技术试验效果的检验评估，是研究工作的一个重要环节。对大量的集合预报试验结果进行高效、便捷的检验评估，需要一个可满足所需检验评分及图形的检验系统。
[0003]基于以上原因，本专利技术设计了一种集合预报检验系统，将集合预报的流程控制、数据处理、评分计算、显著性检验和统计绘图整合在一个系统中，实现了对于大量集合预报试验的结果进行高效、便捷的评估。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种集合预报检验系统，将集合预报的流程控制、数据处理、评分计算、显著性检验和统计绘图整合在一个系统中，实现了对于大量集合预报试验的结果进行高效、便捷的评估。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供一种集合预报检验系统，通过shell脚本语言进行参数设置，模块流程控制，以Fortran90语言进行评分计算及统计，最后通过GrADS脚本语言进行绘制出图；系统包括的功能有：雷达组合反射率检验、降水目标相似度空间检验、集合预报En
‑
FSS空间检验、评分计算、显著性检验和统计绘图。
[0006]雷达组合反射率检验以CMA
‑
MESO业务模式资料同化中所用雷达组合反射率观测数据作为检验对比资料，计算雷达组合反射率集合预报的概率预报评分，包括AROC评分和BS评分。
[0007]降水目标相似度空间检验包括：
[0008]分析降水概率预报综合评估指标各参数对降水概率预报效果评估的影响：
[0009]利用集合预报降水预报数据和国家气象信息中心三源融合格点分析高分辨率降水数据，选取不同影响半径、降水强度阈值和概率阈值，识别降水概率预报目标和观测目标，计算各降水目标个体的形态特征参数，形态特征参数包括中心位置、面积、长轴方向、横纵比，以及降水概率预报目标和观测目标对的形态特征相似度参数，相似度参数包括中心距、最小边缘距、重叠面积比、面积比、轴向差，分析不同影响半径、降水强度阈值、概率阈值和降水目标各形态特征参数对降水概率预报效果评估的影响；
[0010]构建降水概率预报空间检验综合评估指标：
[0011]根据降水概率预报综合评估指标各参数对降水概率预报效果评估的影响分析，选取降水目标主要空间形态特征参数，通过权重系数敏感性试验，确定各主要参数的权重，以合理表现降水概率预报效果；根据试验确定的影响半径、降水强度阈值、概率阈值和降水目标各形态特征参数，构造一个面向目标的降水概率预报空间检验综合评估指标；
[0012]具体步骤为：
[0013]S3
‑
1，首先选取影响半径R和降水强度阈值L，对格点分析降水场进行平滑和目标识别，假设识别获得X个观测目标；
[0014]S3
‑
2，选取概率阈值P，对概率预报降水场进行平滑和目标识别，假设识别获得Y个预报目标；
[0015]S3
‑
3，根据匹配标准，假设匹配成功M个观测和预报目标对，则M≤Min(X，Y)；
[0016]面向目标的对流尺度集合预报降水概率预报空间检验综合评估指标SIM，可表达为：
[0017]式一：
[0018]L为降水强度阈值个数，ρ
l
为降水强度阈值l的权重；P为概率阈值个数，τ
p
为概率阈值p的权重，S
p
为概率阈值为p时的形态特征相似度：
[0019]式二：
[0020]M为观测和预报目标对数目，A
m
为第m个观测和预报目标对的面积，A
t
为所有观测和预报目标对的总面积，K为形态特征个数，ε
k
为第k个形态特征权重，第k个形态特征参数的相似度函数F
k
通过敏感性试验确定，值域为[0,1]；F
k
(m)为第m个观测和预报目标对的第k个形态特征参数，即中心距、最小边缘距、重叠面积比、面积比、轴向差，对形态特征相似度的贡献函数；
[0021]降水概率预报空间检验综合评估指标SIM值域为[0,1]，其中0代表无技巧，1代表理想评分，当观测场和预报场识别的目标个数均为0时，SIM无定义；当观测场和预报场识别的目标个数，其中之一为0时，SIM＝0；
[0022]集合预报En
‑
FSS空间检验为：只考虑空间上的延拓，通过En
‑
FSS评分方法对空间进行检验。
[0023]评分计算负责单一起报时次的集合预报主要检验评分的计算和输出，存放降水检验站点信息列表信息、模式地形高度场数据。
[0024]显著性检验对由评分计算模块算得的两组逐起报时次检验评分数据，进行评分差异的显著性检验，对比两组试验预报评分差距的显著性，是否通过了不同的显著性水平，输出文本格式的显著性检验结果。
[0025]统计绘图负责集合预报检验评分结果的统计和图形绘制。
[0026]同现有技术相比，本专利技术通过将雷达组合发射率检验、降水目标相似度空间检验、集合预报En
‑
FSS空间检验、评分计算、显著性检验和统计绘图集成到本系统中，可完成从集合预报评分计算、评分差异显著性检验，到评分统计绘图的集合预报检验全流程参数设置与传递，以及各功能模块运行控制，增强了工具的集合预报检验评估能力，为集合预报技术的研发改进提供更好的支撑与服务。
附图说明
[0027]图1为本专利技术系统的整体流程示意图。
[0028]图2为本专利技术En
‑
FSS评分随时效演变示意图。
[0029]图3为本专利技术综合评分卡示意图。
[0030]图4为本专利技术CRPS评分均值及时序示意图一。
[0031]图5为本专利技术RMSE/Spread评分均值示意图。
[0032]图6为本专利技术集合平均及控制预报RMSE(左)/Bias(右)评分时序示意图。
[0033]图7为本专利技术集合平均及控制预报RMSE及离散度(实线)与业务CMA
‑
GFS评分(虚线)对比示意图。
[0034]图8为本专利技术ACC评分均值示意图。
[0035]图9为本专利技术集合平均及控制预报ACC(实线)与业务CMA
‑
GFS评分(虚线)对比示意图。
[0036]图10为本专利技术预报偏差Bias评分均值示意图。
[0037]图11为本专利技术En
‑
FSS评分随时效演变示意图二。
[0038]图12为本专利技术区域/全球EPS(东亚区域)RMSE及离散度Spread评分对比示意图。
[0039]图13为本专利技术集合预报检验评分空间分布示意图。
[0040]图14为本专利技术集合预报Spread/RMSE一致性(Co本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集合预报检验系统，其特征在于，通过shell脚本语言进行参数设置，模块流程控制，以Fortran90语言进行评分计算及统计，最后通过GrADS脚本语言进行绘制出图；所述系统包括的功能有：雷达组合反射率检验、降水目标相似度空间检验、集合预报En
‑
FSS空间检验、评分计算、显著性检验和统计绘图。2.根据权利要求1所述的集合预报检验系统，其特征在于，所述雷达组合反射率检验以CMA
‑
MESO业务模式资料同化中所用雷达组合反射率观测数据作为检验对比资料，计算雷达组合反射率集合预报的概率预报评分，包括AROC评分和BS评分。3.根据权利要求1所述的集合预报检验系统，其特征在于，所述降水目标相似度空间检验包括：分析降水概率预报综合评估指标各参数对降水概率预报效果评估的影响：利用集合预报降水预报数据和国家气象信息中心三源融合格点分析高分辨率降水数据，选取不同影响半径、降水强度阈值和概率阈值，识别降水概率预报目标和观测目标，计算各降水目标个体的形态特征参数，所述形态特征参数包括中心位置、面积、长轴方向、横纵比，以及降水概率预报目标和观测目标对的形态特征相似度参数，所述相似度参数包括中心距、最小边缘距、重叠面积比、面积比、轴向差，分析不同影响半径、降水强度阈值、概率阈值和降水目标各形态特征参数对降水概率预报效果评估的影响；构建降水概率预报空间检验综合评估指标：根据降水概率预报综合评估指标各参数对降水概率预报效果评估的影响分析，选取降水目标主要空间形态特征参数，通过权重系数敏感性试验，确定各主要参数的权重，以合理表现降水概率预报效果；根据试验确定的影响半径、降水强度阈值、概率阈值和降水目标各形态特征参数，构造一个面向目标的降水概率预报空间检验综合评估指标；具体步骤为：S3
‑
1，首先选取影响半径R和降水强度阈值L，对格点分析降水场进行平滑和目标识别，假设识别获得X个观测目标；S3
‑
2，选取概率阈值P，对概率预报降水场进行平滑和目标识别，假设识别获得Y个预报目标；S3
‑
3，根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈法敬，陈静，赵滨，李应林，王婧卓，邓国，李晓莉，陈起英，李莉，李红祺，万子为，刘志丽，彭飞，孙思远，霍振华，齐倩倩，
申请(专利权)人：中国气象局地球系统数值预报中心，
类型：发明
国别省市：