【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种雷达回波外推方法，属于气象雷达。
技术介绍
1、雷达回波外推是一种基于雷达观测数据的预测方法，主要用于进行短临降水预报。相较于传统的数值天气预报方法，雷达回波外推能够实现更快、更准确的预报。现有的雷达回波外推的方法为基于统计的方法利用历史观测数据来训练模型，通过建立雷达回波数据与未来天气现象之间的关系来进行外推预测。由于气象目标的复杂性和动态变化性以及数据处理和算法设计的局限性，现有的雷达回波外推方法精度较差时效性较短不能满足业界需求。
技术实现思路
1、本公开的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种较高精度和较长时效性的雷达回波外推方法。
2、为达到上述目的，本公开是采用下述技术方案实现的：
3、第一方面，本公开提供一种雷达回波外推方法，包括，
4、获取第一时间段雷达回波反射率因子数据和比所述第一时间段更接近当前时刻的第二时间段雷达回波反射率因子数据；
5、根据第一时间段雷达回波反射率因子数据和再分析资料环境场数据获取条件输入；
6、对第二时间段雷达回波反射率因子数据添加噪声生成原始输入；
7、根据条件输入和原始输入训练条件扩散模型；
8、向训练好的条件扩散模型输入纯噪声，生成雷达回波外推序列。
9、在第一方面的一些实施例中，获取雷达回波反射率因子数据的方法，包括，
10、获取多部以及多个仰角的雷达回波反射率因子，并剔除非气象回波；
11、插值
12、对插值后的雷达回波反射率因子进行拼图，获得3km等高面、空间分辨率为1km，时间分辨率为6分钟的雷达回波反射率因子数据。
13、在第一方面的一些实施例中，获取再分析资料环境场数据的方法，包括，
14、收集era5再分析资料中与雷达回波反射率因子数据相同区域内的环境场网格数据；
15、对环境场网格数据进行时间和空间插值算法处理，获得与雷达回波反射率因子数据时空分辨率一致的再分析资料环境场数据。
16、在第一方面的一些实施例中，
17、预先构建基于transformer的时空特征编码器和时空特征解码器；
18、所述根据第一时间段雷达回波反射率因子数据和再分析资料环境场数据获取条件输入，包括：将所述第一时间段雷达回波反射率因子数据和再分析资料环境场数据输入所述时空特征编码器，将编码后的条件特征图作为条件输入；
19、对第二时间段雷达回波反射率因子数据添加噪声生成原始输入，包括：将第二时间段雷达回波反射率因子数据输入所述时空特征编码器，并逐步添加高斯噪声，将编码后的噪声特征图作为原始输入；
20、所述时空特征解码器用于将条件扩散模型输出的雷达回波外推序列解码至正常维度
21、在第一方面的一些实施例中，所述时空特征编码器包括一个3d patch embedding和多个双注意力模块，所述双注意力模块由spatial multihead attention和channelgroup attention构成；
22、所述时空特征解码器包括3d patch embeddingback模块和linear层。
23、在第一方面的一些实施例中，
24、所述条件扩散模型基于对unet模型的网络架构修改进行构建，unet模型的网络架构修改方法包括：
25、获取原始unet模型；
26、用3d卷积替代了unet原始结构中的2d卷积；
27、使用交叉注意力机制模块将网络与条件输入特征进行耦合。
28、在第一方面的一些实施例中，所述根据条件输入和原始输入训练条件扩散模型，包括，
29、将条件特征图和噪声特征图输入到条件扩散模型中进行训练，条件扩散模型的损失函数为：
30、
31、式中，lcldm为损失函数，ε为服从高斯分布的随机噪声，n(0,i)为均值为0标准差为1的高斯分布，i为标准差，s为去噪步数顺序，s为条件扩散模型去噪过程的总步数，εθ为网络架构修改后的unet模型，zs为噪声特征图，为条件特征图。
32、第二方面，本公开提供一种雷达回波外推装置，包括，
33、获取模块：用于获取第一时间段雷达回波反射率因子数据和比所述第一时间段更接近当前时刻的第二时间段雷达回波反射率因子数据；
34、输入模块：用于根据第一时间段雷达回波反射率因子数据和再分析资料环境场数据获取条件输入；还用于对第二时间段雷达回波反射率因子数据添加噪声生成原始输入；
35、训练模块：用于根据条件输入和原始输入训练条件扩散模型；
36、推理模块：用于向训练好的条件扩散模型输入纯噪声，生成雷达回波外推序列。
37、第三方面，本公开提供一种电子装置，其特征在于，包括处理器以及与所述处理器连接的存储介质，在所述存储介质内存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时，执行如第一方面任一项实施例所述方法的步骤
38、第四方面，本公开提供一种计算机可读取存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现第一方面任一项实施例所述方法的步骤。
39、与现有技术相比，本公开所达到的有益效果：
40、本公开提供雷达回波外推方法，将再分析资料环境场作为条件扩散模型的条件输入，利用条件扩散模型学习雷达回波的数据分布，进而对外推结果进行约束，可以产生更精准、更长时效的回波外推结果；
41、建构基于transformer的时空特征编码器和时空特征解码器，引入窗口空间注意力机制和组通道注意力机制，作为雷达回波序列和再分析资料环境场数据的特征编码器，增强了雷达回波序列时序上的长期依赖，可以有效提取雷达回波序列的局部和全局空间特征，引入再分析资料环境场特征作为先验知识，提高极端天气的预报精度；
42、本公开提供的雷达回波外推装置、电子装置和计算机可读取存储介质具备相同的有益效果。
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1.一种雷达回波外推方法，其特征是，包括，
2.根据权利要求1所述雷达回波外推方法，其特征是，获取雷达回波反射率因子数据的方法，包括，
3.根据权利要求1所述雷达回波外推方法，其特征是，获取再分析资料环境场数据的方法，包括，
4.根据权利要求1所述雷达回波外推方法，其特征是，
5.根据权利要求4所述雷达回波外推方法，其特征是，所述时空特征编码器包括一个3D贴片嵌入和多个双注意力模块，所述双注意力模块由空间多头注意力和渠道组关注构成；
6.根据权利要求1或4所述雷达回波外推方法，其特征是，
7.根据权利要求6所述雷达回波外推方法，其特征是，所述根据条件输入和原始输入训练条件扩散模型，包括，
8.一种雷达回波外推装置，其特征在于，包括，
9.一种电子装置，其特征在于，包括处理器以及与所述处理器连接的存储介质，在所述存储介质内存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时，执行如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读取存储介质，其上存储有计算机程序，其特
...【技术特征摘要】
1.一种雷达回波外推方法，其特征是，包括，
2.根据权利要求1所述雷达回波外推方法，其特征是，获取雷达回波反射率因子数据的方法，包括，
3.根据权利要求1所述雷达回波外推方法，其特征是，获取再分析资料环境场数据的方法，包括，
4.根据权利要求1所述雷达回波外推方法，其特征是，
5.根据权利要求4所述雷达回波外推方法，其特征是，所述时空特征编码器包括一个3d贴片嵌入和多个双注意力模块，所述双注意力模块由空间多头注意力和渠道组关注构成；
6.根据权利要求1或4所述雷达回波...
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