CN106447126A - 热带气旋引发沿海地区能见度变化确定、预报方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热带气旋引发沿海地区能见度变化确定、预报方法及系统，其中，能见度变化确定方法包括：收集对待测地区能见度有影响的热带气旋路径点历史数据以及对应时间待测地区的能见度历史数据；根据强度对热带气旋路径点历史数据进行分类得到各类热带气旋的路径点数据；将待测地区的预测范围划分为多个区间，针对每一类热带气旋，在区间内同一个热带气旋保留一个路径点，计算各保留路径点与待测地区的距离和方位，根据保留路径点与待测地区的距离和方位、保留路径点对应待测地区的能见度做插值运算，得到各类热带气旋引发待测地区能见度变化的位置空间分布。本发明能够解决现有技术主要以定性分析为主，容易导致预报不准确的问题。

Description

热带气旋引发沿海地区能见度变化确定、预报方法及系统

技术领域

本发明属于分析及测量控制技术领域，特别涉及一种热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定方法及系统、预报方法及系统。

背景技术

热带气旋是最具破坏力的自然灾害之一，其对人类的影响除了强风暴雨，对人员、农作物、房屋、船只等造成的伤亡和破坏，还包括其外围下沉气流导致的能见度下降，严重时甚至导致灰霾的出现。多年研究表明，热带气旋在移动过程中，外围下沉气流会对周围的气象条件产生明显的影响，其中就包含能见度、相对湿度、层结和风场等。事实上，日常的天气监测和预报中已经发现南海近海热带气旋可使珠江三角洲地区能见度下降。以往热带气旋引发能见度变化的研究以定性结论居多，定量的分析较少。在过去的几十年里，数值天气预报(Numerical Weather Prediction,NWP)模式预报热带气旋路径、强度的能力得到大幅度提高。相比较之下，在热带气旋对空气能见度影响的预报方面，研究还不多，且以定性分析为主，因此研究一种方法来及时准确地做好热带气旋引发能见度变化的预测是一项需要加强的工作。

发明内容

本发明提供一种热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定方法及系统、预报方法及系统，用于解决现有技术中热带气旋对沿海地区的能见度分析主要以定性分析为主，预报方法准确率不足的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的一技术方案为提供一种热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定方法，包括，

收集对待测地区能见度有影响的热带气旋路径点历史数据以及对应时间所述待测地区的能见度历史数据；

根据强度对热带气旋路径点历史数据进行分类得到各类热带气旋的路径点数据；

将所述待测地区的预测范围划分为多个区间，针对每一类热带气旋，在所述区间内同一个热带气旋保留一个路径点，计算各保留路径点与所述待测地区的距离和方位，根据保留路径点与所述待测地区的距离和方位、保留路径点对应所述待测地区的能见度做插值运算，得到各类热带气旋引发所述待测地区能见度变化的位置空间分布。

本发明还提供一种热带气旋引发沿海地区能见度变化的预报方法，包括，

先利用热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定方法得到各强度级别热带气旋引发待测地区能见度变化的位置空间分布；

根据待预测热带气旋的强度调取相应强度下的热带气旋引发待测地区能见度变化的位置空间分布；

根据待预测热带气旋的路径信息确定待预测热带气旋到达预测地点时所述待测地区将出现的能见度变化。

本发明还提供一种热带气旋引发沿海地区能见度变化确定系统，包括，

收集模块，用于收集对待测地区能见度有影响的热带气旋路径点历史数据以及对应时间所述待测地区的能见度历史数据；

分类模块，用户根据强度对热带气旋路径点历史数据进行分类得到各类热带气旋的路径点数据；

数据处理模块，用于将所述待测地区的预测范围划分为多个区间，针对每一类热带气旋，在所述区间内同一热带气旋保留一个路径点，计算各保留路径点与所述待测地区的距离和方位，根据保留路径点与所述待测地区的距离和方位、保留路径点对应所述待测地区的能见度做插值运算，得到各类热带气旋引发所述待测地区能见度变化的位置空间分布。

本发明还提供一种热带气旋引发沿海地区能见度变化的预报系统，包括，

能见度变化确定模块，利用热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定系统得到各强度级别热带气旋引发待测地区能见度变化的位置空间分布；

提取模块，用于根据待预测热带气旋的强度调取相应强度下的热带气旋引发待测地区能见度变化的位置空间分布；

预报模块，用于根据待预测热带气旋的路径信息确定待预测热带气旋到达预测地点时所述待测地区将出现的能见度变化。

本发明使用数理统计方法，统计近年热带气旋数据和待测地区气象站监测的能见度数据，定量分析各种不同强度等级的热带气旋引发待测地区的能见度的变化，改善现阶段发生热带气旋时能见度变化预报准确率低的现状，为热带气旋影响能见度的气象预报预警提供可靠依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定方法流程图；

图2为本发明实施例的深圳1500公里范围内强台风影响下的能见度变化空间分布图；

图3为本发明实施例的热带气旋引发沿海地区能见度变化的预报方法流程图；

图4为本发明实施例的热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定系统结构图；

图5为本发明实施例的热带气旋引发沿海地区能见度变化的预报系统结构图；

具体实施方式

为了使本发明的技术特点及效果更加明显，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，本发明也可有其他不同的具体实例来加以说明或实施，任何本领域技术人员在权利要求范围内做的等同变换均属于本发明的保护范畴。

本发明针对沿海地区(受热带气旋影响的地区，如深圳)，提出了一种统计学方法定量分析和预测热带气旋引发能见度变化，为气象局发布热带气旋引发能见度变化的预报预警提供参考。

如图1所示，图1为本发明一实施例的热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定方法流程图。本发明通过对热带气旋路径点历史数据及对应时间待测沿海地区的能见度数据进行分析，能够定量分析出热带气旋引发所述待测地区能见度变化。

具体的，热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定方法包括：

步骤101：收集对待测地区能见度有影响的热带气旋路径点历史数据以及对应时间所述待测地区的能见度历史数据；

其中，待测地区为易受热带气旋影响的沿海区域，本发明对沿海地区具体为哪个地区不做限定。

所述待测地区的能见度历史数据以该地区国家基本气象站测得的数据为准。为了保持一致，待测地区位置(经纬度)也由该地区国家基本气象站的位置(经纬度)代表。

所述热带气旋路径点数据为热带气旋路径上每个预报时刻的点的数据，该路径点数据包括热带气旋经过时间、热带气旋的路径信息及强度信息等。随着热带气旋靠近，预报的时间间隔会越来越短，路径点也变的密集。本发明对收集的热带气旋路径点数据的样本不做限制，可根据需求设定。

步骤102：根据强度对热带气旋路径点历史数据进行分类得到各类热带气旋的路径点数据；

步骤103：将所述待测地区的预测范围划分为多个区间，针对每一类热带气旋，在所述区间内同一个热带气旋保留一个路径点，计算各保留路径点与所述待测地区的距离和方位，根据保留路径点与所述待测地区的距离和方位、保留路径点对应所述待测地区的能见度做插值运算，得到各类热带气旋引发所述待测地区能见度变化的位置空间分布。

本发明所述的待测地区的预测范围可以为以该地区国家基本气象站为圆心，方圆一定公里内的范围，本发明对预测范围的具体大小不做限制，可根据需求进行设定。本发明所述的插值运算包括但不限于线性插值运算，通过插值运算能够获得热带气旋经过非路径点时待测地区出现的能见度。

本实施例对热带气旋路径点历史数据及其对应的沿海地区的能见度历史数据进行了分析，能够更好的反映热带气旋引发该待测地区能见度变化的位置空间分布。

本发明一实施例中，为了避免雾天影响能见度分析，收集对待测地区能见度有影响的热带气旋路径点历史数据以及对应时间待测地区能见度历史数据的同时，还收集对应时间所述待测地区的相对湿度历史数据，去除历史数据中大于预定阈值的所述相对湿度数据、对应时间的能见度数据及对应时间的热带气旋路径点数据。本实施例中相对湿度阈值是80％，也可根据需要使用其它数值。

本发明一实施例中，采用国际惯例来划分热带气旋强度分类，当然还可以根据实际需要采用不同的强度划分标准，本发明对此不做限制。根据强度对热带气旋路径点历史数据进行分类得到各类热带气旋的路径点数据的详细过程为：

以SuTY表示超强台风、STY表示强台风、TY表示台风、STS表示强热带风暴、TS表示热带风暴、TD表示热带低压。上述六类热带气旋的强度分类方法与国际惯例相同。根据此分类标准将历史热带气旋1所有路径点根据其当时的强度级别分为SuTY路径点集1，STY路径点集1，TY路径点集1，STS路径点集1，TS路径点集1，TD路径点集1；将热带气旋2的所有路径点根据其当时的强度级别分为SuTY路径点集2，STY路径点集2，TY路径点集2，STS路径点集2，TS路径点集2，TD路径点集2；…；以此类推。接着，将SuTY路径点集1，SuTY路径点集2，SuTY路径点集3，…，重新归类为SuTY路径点集，将STY路径点集1，STY路径点集2，STY路径点集3，…，重新归类为STY路径点集；…；以此类推。这样，得到强度基础上的热带气旋分类数据。

本发明一实施例中，将所述待测地区的预测范围划分为多个区间进一步包括：将所述待测地区预测范围划分为多个1°×1°的正方形经纬度区间，本发明其他实施例中，也可将预测范围划分为多个2°×2°的正方形经纬度区间，可根据预测范围的大小和预测精度设定经纬度区间大小。本发明其他实施例中，也可按公里距离将预测范围划分为多个区间。

具体实施时，在各类热带气旋中，针对每一个发生过的热带气旋，在经过经纬度网格时只选取待测地区出现了最低能见度的路径点。即保留路径点为区间内同一热带气旋同一强度对应所述待测地区能见度最低时的路径点。详细的说，每个区间内，针对每一类热带气旋，同一热带气旋的路径点对应的能见度才进行比较，保留待测地区能见度最低时的路径点，属于不同热带气旋的路径点之间不需要比较去除。

本发明一实施例中，计算保留路径点与所述待测地区的距离的公式如下：

其中，S为保留路径点与待测地区之间的距离，L₁和φ₁为待测地区的经度与纬度，L₂和φ₂是为保留路径点的经度与纬度，R为地球半径；

计算保留路径点相对于所述待测地区的方位公式如下：

cos(θ)＝cos(90-φ₂)cos(90-φ₁)+sin(90-φ₂)sin(90-φ₁)cos(L₂-L₁)，

其中，当保留路径点在相对于待测地区的第一象限时，α是保留路径点相对于待测地区的方位角；当保留路径点在相对于待测地区的第二象限时，方位角为360+α；当保留路径点在相对于待测地区的第三象限及第四象限时，方位角为180-α。

除了以上测距方法外，还可以根据本地实际需要来选取其他测距方法，只要确定了两点之间的距离和相对方位即可。

本发明一实施例中，为了更直观的了解热带气旋引发所述待测地区能见度变化的情况，热带气旋引发所述待测地区能见度变化的位置空间分布以分布图的形式体现。如图2所示，图2为本发明实施例的深圳1500公里范围内强台风影响下的能见度变化空间分布图。图2中标注了STY类热带气旋(即强台风)影响下所有符合要求的路径点(即图中黑点)相对深圳(图中中心位置)的距离以及方位，同时用不同灰度表示不同数值范围的能见度数值，其中，非路径点处的灰度信息(能见度值)是基于路径点处的数值进行线性插值运算得到的。

如图3所示，图3为本发明实施例的热带气旋引发沿海地区能见度变化的预报方法流程图。本发明一实施例中，利用前述任一实施例的方法得到各强度级别热带气旋引发待测地区能见度变化的位置空间分布后，还包括：

步骤104：根据待预测热带气旋强度调取该强度对应的能见度变化的位置空间分布；

步骤105：根据待预测热带气旋的路径信息确定待预测热带气旋到达预测地点时待测地区将出现的能见度变化。

详细的说，在得知待预测热带气旋的路径信息后，根据路径信息计算待预测热带气旋与待测地区的距离和方位，结合热带气旋引发待测地区能见度变化的位置空间分布，即可预测待测热带气旋到达预测地点时待测地区将出现的能见度变化。

其中，待预测热带气旋的强度及路径信息可以根据数值天气预报模型来预测。更进一步地，还可以辅以气象预报员的经验来预测。

如图4所示，图4为本发明实施例的热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定系统结构图。该系统可以通过逻辑电路或者芯片实现，或者安装于现有的高性能计算终端，例如手机、平板电脑、计算机等设备中，或者以功能模块的方式由软件实现各部件的功能。

具体的，该系统包括：收集模块401，用于收集对待测地区能见度有影响的热带气旋路径点历史数据以及对应时间所述待测地区的能见度历史数据；

分类模块402：用于根据强度对热带气旋路径点历史数据进行分类得到各类热带气旋的路径点数据。

数据处理模块403，用于将所述待测地区的预测范围划分为多个区间，针对每一类热带气旋，在所述区间内同一热带气旋保留一个路径点，计算各保留路径点与所述待测地区的距离和方位，根据保留路径点与所述待测地区的距离和方位、保留路径点对应所述待测地区的能见度做插值运算，得到各类热带气旋引发所述待测地区能见度变化的位置空间分布。

本发明一实施例中，所述收集模块还用于收集对应时间所述待测地区的相对湿度历史数据。所述系统还包括滤除模块，用于滤除历史数据中大于预定阈值的所述相对湿度数据、对应时间的能见度数据及对应时间的热带气旋路径点数据。

本发明一实施例中，所述数据处理模块将所述区间内同一热带气旋同一强度对应所述待测地区能见度最低时的路径点筛选为保留路径点。

本发明一实施例中，所述数据处理模块计算保留路径点与所述待测地区的距离的公式如下：

其中，S为保留路径点与待测地区之间的距离，L₁和φ₁为待测地区的经度与纬度，L₂和φ₂是为保留路径点的经度与纬度，R为地球半径；

计算保留路径点相对于所述待测地区的方位公式如下：

cos(θ)＝cos(90-φ₂)cos(90-φ₁)+sin(90-φ₂)sin(90-φ₁)cos(L₂-L₁)，

其中，当保留路径点在相对于待测地区的第一象限时，α是保留路径点相对于待测地区的方位角；当保留路径点在相对于待测地区的第二象限时，方位角为360+α；当保留路径点在相对于待测地区的第三象限及第四象限时，方位角为180-α。

如图5所示，图5为本发明一实施例的热带气旋引发沿海地区能见度变化的预报系统结构图。具体的，该系统包括，

能见度变化确定模块501，利用前面实施例所述的热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定系统得到各强度级别热带气旋引发待测地区能见度变化的位置空间分布；

提取模块502，用于根据待预测热带气旋强度调取相应强度下的热带气旋引发待测地区能见度变化的位置空间分布；

预报模块503，用于根据待预测热带气旋的路径信息确定待预测热带气旋到达预测地点时所述待测地区将出现的能见度变化。

本发明使用数理统计方法，结合近年热带气旋数据和发生热带气旋时待测地区的气象站监测的能见度数据，定量分析各种不同强度等级的热带气旋引发该待测地区的能见度的变化，改善了现阶段发生热带气旋时能见度预报准确率低的现状，为热带气旋影响能见度的气象预报预警提供可靠依据。

本发明提供的热带气旋引发沿海地区能见度变化的预报方法和系统在2015年1506号热带气旋“红霞”影响深圳期间得到了很好的验证。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅用于说明本发明的技术方案，任何本领域普通技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围应视权利要求范围为准。

Claims (10)

1.一种热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定方法，其特征在于，包括，

收集对待测地区能见度有影响的热带气旋路径点历史数据以及对应时间所述待测地区的能见度历史数据；

根据强度对热带气旋路径点历史数据进行分类得到各类热带气旋的路径点数据；

将所述待测地区的预测范围划分为多个区间，针对每一类热带气旋，在所述区间内同一个热带气旋保留一个路径点，计算各保留路径点与所述待测地区的距离和方位，根据保留路径点与所述待测地区的距离和方位、保留路径点对应所述待测地区的能见度做插值运算，得到各类热带气旋引发所述待测地区能见度变化的位置空间分布。

2.如权利要求1所述的热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定方法，其特征在于，还包括收集对应时间所述待测地区的相对湿度历史数据，

去除历史数据中大于预定阈值的所述相对湿度数据、对应时间的能见度数据及对应时间的热带气旋路径点数据。

3.如权利要求1所述的热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定方法，其特征在于，所述保留路径点为所述区间内同一热带气旋同一强度路径点中对应所述待测地区能见度最低时的路径点。

4.如权利要求1所述的热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定方法，其特征在于，计算保留路径点与所述待测地区的距离的公式如下：

$S=R\×\frac{\mathrm{\π}}{180}\×ar\cos ({\mathrm{sin\φ}}_1{\mathrm{sin\φ}}_2+{\mathrm{cos\φ}}_1{\mathrm{cos\φ}}_{2}cos(L_1-L_2\left)\right),$

其中，S为保留路径点与待测地区之间的距离，L₁和φ₁为待测地区的经度与纬度，L₂和φ₂是为保留路径点的经度与纬度，R为地球半径；

计算保留路径点相对于所述待测地区的方位公式如下：

$\mathrm{\α}=arcsin\left(\frac{sin(90-{\mathrm{\φ}}_2)sin(L_2-L_1)}{sin\left(\mathrm{\θ}\right)}\right),$

cos(θ)＝cos(90-φ₂)cos(90-φ₁)+sin(90-φ₂)sin(90-φ₁)cos(L₂-L₁)，

其中，L₁和φ₁为待测地区的经度与纬度，L₂和φ₂是为保留路径点的经度与纬度，当保留路径点在相对于待测地区的第一象限时，α是保留路径点相对于待测地区的方位角；当保留路径点在相对于待测地区的第二象限时，方位角为360+α；当保留路径点在相对于待测地区的第三象限及第四象限时，方位角为180-α。

5.一种热带气旋引发沿海地区能见度变化的预报方法，其特征在于，包括，

利用权利要求1至4任一项所述的热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定方法得到各强度级别热带气旋引发待测地区能见度变化的位置空间分布；

根据待预测热带气旋的强度调取相应强度下的热带气旋引发待测地区能见度变化的位置空间分布；

根据待预测热带气旋的路径信息确定待预测热带气旋到达预测地点时所述待测地区将出现的能见度变化。

6.一种热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定系统，其特征在于，包括，

收集模块，用于收集对待测地区能见度有影响的热带气旋路径点历史数据以及对应时间所述待测地区的能见度历史数据；

分类模块，用于根据强度对热带气旋路径点历史数据进行分类得到各类热带气旋的路径点数据；

数据处理模块，用于将所述待测地区的预测范围划分为多个区间，针对每一类热带气旋，在所述区间内同一热带气旋保留一个路径点，计算各保留路径点与所述待测地区的距离和方位，根据保留路径点与所述待测地区的距离和方位、保留路径点对应所述待测地区的能见度做插值运算，得到各类热带气旋引发所述待测地区能见度变化的位置空间分布。

7.如权利要求6所述的热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定系统，其特征在于，所述收集模块还用于收集对应时间所述待测地区的相对湿度历史数据，

所述系统还包括滤除模块，用于去除历史数据中大于预定阈值的所述相对湿度数据、对应时间的能见度数据及对应时间的热带气旋路径点数据。

8.如权利要求6所述的热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定系统，其特征在于，所述数据处理模块将所述区间内同一热带气旋同一强度路径点中对应所述待测地区能见度最低时的路径点筛选为保留路径点。

9.如权利要求6所述的热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定系统，其特征在于，所述数据处理模块计算保留路径点与所述待测地区的距离的公式如下：

$S=R\×\frac{\mathrm{\π}}{180}\×ar\cos ({\mathrm{sin\φ}}_1{\mathrm{sin\φ}}_2+{\mathrm{cos\φ}}_1{\mathrm{cos\φ}}_{2}cos(L_1-L_2\left)\right),$

其中，S为保留路径点与待测地区之间的距离，L₁和φ₁为待测地区的经度与纬度，L₂和φ₂是为保留路径点的经度与纬度，R为地球半径；

计算保留路径点相对于所述待测地区的方位公式如下：

$\mathrm{\α}=arcsin\left(\frac{sin(90-{\mathrm{\φ}}_2)sin(L_2-L_1)}{sin\left(\mathrm{\θ}\right)}\right),$

cos(θ)＝cos(90-φ₂)cos(90-φ₁)+sin(90-φ₂)sin(90-φ₁)cos(L₂-L₁)，

其中，L₁和φ₁为待测地区的经度与纬度，L₂和φ₂是为保留路径点的经度与纬度，当保留路径点在相对于待测地区的第一象限时，α是保留路径点相对于待测地区的方位角；当保留路径点在相对于待测地区的第二象限时，方位角为360+α；当保留路径点在相对于待测地区的第三象限及第四象限时，方位角为180-α。

10.一种热带气旋引发沿海地区能见度变化的预报系统，其特征在于，包括，

能见度变化确定模块，利用权利要求6至9任一项所述的热带气旋引发沿海地区能见度变化的确定系统得到各强度级别热带气旋引发待测地区能见度变化的位置空间分布；

提取模块，用于根据待预测热带气旋的强度调取相应强度下的热带气旋引发待测地区能见度变化的位置空间分布；

预报模块，用于根据待预测热带气旋的路径信息确定待预测热带气旋到达预测地点时所述待测地区将出现的能见度变化。