【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气象学，特别是涉及一种热带大尺度垂直运动分解和模拟系统、方法、终端及介质。
技术介绍
1、enso是年际尺度上海气相互作用最强烈的气候变率，通常通过其热带太平洋上的对流或降水异常显著影响全球农业、经济和生态系统等。尽管目前的气候系统模式或地球系统模式可以较好地模拟和预测enso相关的热带降水，但是在强度与位置上与真实观测仍有较大偏差，因此如何提升模式的模拟和预测能力仍值得深思。当前模式正朝向越来越复杂的地球系统模式发展，模式中的物理过程与参数化方案也变得越来越繁琐和复杂。降水过程涉及到的众多参数和物理过程，无法找到影响降水的关键因子，导致在调优模式时通常耗费大量的计算资源。热带海洋上空的降水基本是由大尺度垂直运动引起的，简单的物理模型可以提供更为直接的理解，以了解在复杂的模拟和参数化中重要的物理过程，从而为改进模式提供帮助。目前常用来模拟热带深对流和降水的简单模型尽管可以大致模拟和预测出降水的空间分布，但是相比于实际观测的结果产生了更宽且强度较弱的降水带，并且无法解释对流垂直结构在空间分布上的变化性。
2、现有技术中采用原假设(null hypothesis)模型模拟出热带海洋上年平均和enso降水的空间分布。对流通常发生在暖海温的地区，从局地大气柱的热力学角度，可以对该现象给出合理解释：热带地区自由对流层的温度变化远小于下垫面海表面温度的变化，因此条件不稳定和对流有效势能在最暖海温处最大。因此，可以构建进行一个原假设模型的，将降水视为海温的函数，进而预测热带海洋上月平均降水，模型可写为以下形式：>
3、p(x,y,t)＝a0[ts(x,y,t)-b0]h[ts(x,y,t)-b0]； (1)
4、其中p代表降水(单位：mm day-1)，常数a0＝1.3(单位：mm day-1k-1)，常数b0＝298(单位：k)(为了最小化降水的均方根误差，a0和b0均已经通过非线性优化程序进行了调整)，ts代表海表面温度，h为赫维赛德函数(heaviside function)。
5、该模型的优势是模型简单，具有观测到的降水场的许多特征，较好的模拟出热带海洋上年平均和enso降水的空间分布。但是还具有以下劣势：(1)相比于实际观测的结果产生了更宽且强度较弱的降水带，相比于观测的enso降水，模型模拟和预测的结果有明显的位移；(2)无法解释对流垂直结构在空间分布上的变化性；(3)未考虑海温梯度和边界层风场的贡献。
6、因此，为了实现减少计算时长和计算资源消耗，现阶段缺少一种可进一步明确影响降水和大尺度垂直运动的关键因子，进而为调优模式模拟和预测降水的表现提供最关键的物理过程和参数化的具体方案。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种热带大尺度垂直运动分解和模拟系统、方法、终端及介质，用于解决以上现有技术问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种热带大尺度垂直运动分解和模拟系统，所述系统包括：数据预处理模块，用于对原始数据中的水平风场进行预处理，获得预处理后的多层水平风场；大尺度垂直运动主模态提取模块，连接所述数据预处理模块，用于基于预处理后的多层水平风场提取大尺度垂直运动的两个主模态；垂直运动模拟模块，连接所述大尺度垂直运动主模态提取模块，用于基于大尺度垂直运动的两个主模态进行垂直运动模拟，获得最终模拟的垂直运动。
3、于本专利技术的一实施例中，所述对原始数据中的水平风场进行预处理，获得预处理后的多层水平风场包括：对原始数据中的水平风场进行垂直线性插值，获得垂直线性插值后的多层水平风场。
4、于本专利技术的一实施例中，所述大尺度垂直运动主模态提取模块包括：主成分分析模块，用于对基于由预处理后的多层水平风场计算的海洋上空水平辐合场获得的逐月水平辐合场垂直阔线进行主成分分析，以获得水平辐合垂直阔线的两个pca主模态；线性组合模块，连接所述主成分分析模块，用于将获得的水平辐合垂直阔线的两个pca主模态进行线性组合，获得水平辐合垂直阔线的两个新模态；垂直积分模块，连接所述线性组合模块，用于对获得的水平辐合垂直阔线的两个新模态从100hpa向下进行垂直积分，最终获得大尺度垂直运动的两个主模态。
5、于本专利技术的一实施例中，所述对基于由预处理后的多层水平风场计算的海洋上空水平辐合场获得的逐月水平辐合场垂直阔线进行主成分分析，以获得水平辐合垂直阔线的两个pca主模态包括：基于预处理后的多层水平风场计算水平辐合场，并提取4维的海洋上空水平辐合场，且将陆地地区数据标记为无效值；其中，4维的海洋上空水平辐合场对应时间维度、垂直层维度、纬度维度以及经度维度；对提取的4维的海洋上空水平辐合场重新排列为2维数据，获得逐月水平辐合场垂直阔线；对纬度为20°s-20°n的热带海洋上空的逐月水平辐合场阔线进行主成分分析获得特征向量，并将特征向量的前两个模态作为水平辐合垂直阔线的两个pca主模态。
6、于本专利技术的一实施例中，所述将获得的水平辐合垂直阔线的两个pca主模态进行线性组合，获得水平辐合垂直阔线的两个新模态包括：基于线性组合条件，将获得的水平辐合垂直阔线的两个pca主模态进行线性组合，获得水平辐合垂直阔线的两个新模态；其中，两个新模态包括：一个在近地表具有强辐合的模态以及一个在近地面没有辐合的模态；其中，所述线性组合条件包括：组合后的两个新模态中仅有一个模态在近地面存在辐合，并且两个新模态保持正交。
7、于本专利技术的一实施例中，所述对获得的水平辐合垂直阔线的两个新模态从100hpa向下进行垂直积分，最终获得大尺度垂直运动的两个主模态包括：假设100hpa的垂直运动为0，将水平辐合垂直阔线的两个新模态的最低层插值到平均地表气压，并将剩余的水平辐合按照权重，重新分配到地面和100hpa之间，且将在对流层低层达到最大值的模态作为浅模态以及将在对流层高层达到最大值的模态作为深模态。
8、于本专利技术的一实施例中，基于大尺度垂直运动的两个主模态进行垂直运动模拟，获得最终模拟的垂直运动包括：利用线性回归方法，提取浅模态与深模态的垂直运动振幅的时空分布；基于浅模态与深模态的垂直运动振幅的时空分布以及大尺度垂直运动的两个主模态构建浅模态与深模态相关的垂直运动，并将两者结合获得最终模拟的垂直运动。
9、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种热带大尺度垂直运动分解和模拟方法，所述方法包括：对原始数据中的水平风场进行预处理，获得预处理后的多层水平风场；基于预处理后的多层水平风场提取大尺度垂直运动的两个主模态；基于大尺度垂直运动的两个主模态进行垂直运动模拟，获得最终模拟的垂直运动。
10、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种热带大尺度垂直运动分解和模拟终端，包括：一或多个存储器及一或多个处理器；所述一或多个存储器，用于存储计算机程序；所述一或多个处理器，连接所述存储器，用于运行所述计算机程序以执行所述热带大尺度垂直运动分解和模拟方法。
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【技术保护点】
1.一种热带大尺度垂直运动分解和模拟系统，其特征在于，所述系统包括：
2.根据权利要求1中所述的热带大尺度垂直运动分解和模拟系统，其特征在于，所述对原始数据中的水平风场进行预处理，获得预处理后的多层水平风场包括：
3.根据权利要求1或2中所述的热带大尺度垂直运动分解和模拟系统，其特征在于，所述大尺度垂直运动主模态提取模块包括：
4.根据权利要求3中所述的热带大尺度垂直运动分解和模拟系统，其特征在于，所述对基于由预处理后的多层水平风场计算的海洋上空水平辐合场获得的逐月水平辐合场垂直阔线进行主成分分析，以获得水平辐合垂直阔线的两个PCA主模态包括：
5.根据权利要求4中所述的热带大尺度垂直运动分解和模拟系统，其特征在于，所述将获得的水平辐合垂直阔线的两个PCA主模态进行线性组合，获得水平辐合垂直阔线的两个新模态包括：
6.根据权利要求5中所述的热带大尺度垂直运动分解和模拟系统，其特征在于，所述对获得的水平辐合垂直阔线的两个新模态从100hPa向下进行垂直积分，最终获得大尺度垂直运动的两个主模态包括：
7.根据权利
8.一种热带大尺度垂直运动分解和模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
9.一种热带大尺度垂直运动分解和模拟终端，其特征在于，包括：一或多个存储器及一或多个处理器；
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被一个或多个处理器运行时执行如权利要求8所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种热带大尺度垂直运动分解和模拟系统，其特征在于，所述系统包括：
2.根据权利要求1中所述的热带大尺度垂直运动分解和模拟系统，其特征在于，所述对原始数据中的水平风场进行预处理，获得预处理后的多层水平风场包括：
3.根据权利要求1或2中所述的热带大尺度垂直运动分解和模拟系统，其特征在于，所述大尺度垂直运动主模态提取模块包括：
4.根据权利要求3中所述的热带大尺度垂直运动分解和模拟系统，其特征在于，所述对基于由预处理后的多层水平风场计算的海洋上空水平辐合场获得的逐月水平辐合场垂直阔线进行主成分分析，以获得水平辐合垂直阔线的两个pca主模态包括：
5.根据权利要求4中所述的热带大尺度垂直运动分解和模拟系统，其特征在于，所述将获得的水平辐合垂直阔线的两个pca主模态进行线性组合...
【专利技术属性】
技术研发人员：颜子翔，李矜霄，李嗣源，臧钰歆，朱雪诞，
申请(专利权)人：上海勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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