CN107656323A - 一种气象预报方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气象预报方法及装置，根据气象资料集，对天气系统的多种物理量进行提取并绘图，客观地给出历史天气系统因子之间的特征，通过相似度检索功能查看与检索日期水汽条件、热力能量条件或动力条件相似的历史气象资料，并将历史气象资料未来的水汽条件、热力能量条件或动力条件展示出来供预报员作为预报参考，提高气象研究的现代化水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种气象预报方法及装置，属于天气预测预报领域。
背景技术
预报员在进行预报时，往往考虑这种天气形势究竟能造成怎样的天气及其分布状况,并寻找相似的天气形势作为参考，但传统的气象资料查阅很不方便。首先，气象数据每天都要存储，数量太多，查找不方便。其次，即使找到某个时次的气象资料，还要先使用第三方软件进行显示成图形，然后主观进行翻阅对比分析当天的天气形势，最后才能判断该时次的气象资料是否具有参考价值。
发明内容
针对背景技术的缺陷，本发明提供一种气象预报方法及装置，根据气象资料集，对天气系统的多种物理量进行提取并绘图，客观地给出历史天气系统因子之间的特征，通过相似度检索功能查看与检索日期水汽条件、热力能量条件或动力条件相似的历史气象资料，并将历史气象资料未来的水汽条件、热力能量条件或动力条件展示出来供预报员作为预报参考，提高气象研究的现代化水平。
一方面，本发明提供一种气象预报方法，具体步骤如下：
步骤1，导入历史气象数据，提取气象数据中的水汽条件、热力能量条件、动力条件数据，分别计算不同经度、纬度和日期的气象比湿、假相当位温和垂直速度，并按照经度、纬度和日期顺序存储；
步骤2，对预报员的关注区域，根据当前气象数据，分别计算当前该区域内的比湿、假相当位温和垂直速度的均值；
步骤3，对预报员的关注区域，根据步骤1中存储的比湿、假相当位温和垂直速度，按照日期分别计算该区域内历史不同日期比湿、假相当位温和垂直速度均值；
步骤4，将步骤2中预报员关注区域当前日期的比湿、假相当位温和垂直速度的均值逐一与步骤3中计算得到的该区域不同日期的历史的比湿、假相当位温和垂直速度均值进行比对，若|qi-qc|+|θi-θc|+|ωi-ωc|＜ε，则将(qi,θi,ωi)对应的日期加入日期集合{t}中；其中，qi、θi、ωi分别表示该区域历史第i个日期的比湿均值、假相当位温均值、垂直速度均值，qc表示该区域当前日期的比湿均值、假相当位温均值、垂直速度均值，ε表示预设阈值；
步骤5，在步骤4的日期集合{t}中搜索使得成立的日期，作为当前日期该区域在天气形势上的最相似日期，其中，分别表示日期集合{t}中第o个日期的比湿均值、假相当位温均值、垂直速度均值，qtc、θtc、ωtc分别表示日期集合{t}中所有日期的比湿均值的平均值、假相当位温均值的平均值、垂直速度均值的平均值；
步骤6，步骤5中最相似日期的未来气象数据，即为预报员关注区域的气象预报结果。
作为本发明的进一步优化方案，步骤1中比湿的计算公式为：
式中，q表示比湿，mv表示一定体积湿空气中水汽的质量，md表示一定体积湿空气中干空气的质量。
作为本发明的进一步优化方案，步骤1中假相当位温的计算公式为：
式中，θse表示假相当温度，θd表示湿空气中所含干空气的位温，rs表示湿绝热减温率，LV表示水汽的相变潜热，cpd表示水汽比定压热容，T表示温度。
作为本发明的进一步优化方案，步骤1中垂直速度的计算公式为：
式中，ω表示垂直速度，p0和p分别表示为不在同一水平面上的两个高度的大气压强，ωp0表示对应p0的高度的垂直速度，表示分别对应p0和p的两个平面之间的平均散度。
作为本发明的进一步优化方案，步骤6中通过GrADS绘图引擎对步骤5中最相似日期的未来气象数据进行绘图。
另一方面，本发明还提供一种气象预报装置，包括物理量提取模块、数据下载模块、产品存储模块、绘图模块以及相似度检索模块，其中：
数据下载模块，用于从气象资料库中下载所需要的气象资料；
物理量提取模块包括水汽条件提取模块、热力能量条件提取模块以及动力条件提取模块，水汽条件提取模块用于提取数据下载模块下载的气象资料中的气象数据并计算比湿，热力能量条件提取模块用于提取数据下载模块下载的气象资料中的气象数据并计算假相当位温，动力条件提取模块用于提取数据下载模块下载的气象资料中的气象数据并计算垂直速度；
相似度检索模块，用于根据物理量提取模块的输出检索出与当前日期预报员的关注区域在天气形势上的最相似日期；
绘图模块，用于通过GrADS绘图引擎对相似度检索模块输出的最相似日期的未来气象数据进行绘图，绘图结果即为预报员关注区域的预报结果；
产品存储模块，用于存储物理量提取模块和绘图模块的输出。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明的气象预报方法及装置，按照物理量的计算公式，对气象数据中的物理量特征进行提取，客观地给出历史气象数据各因子之间的特征，使得预报员能够迅速查阅历史气象数据，寻找相似的天气形势进行预报，极大地提高气象研究水平。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明的气象预报方法，主要包括以下步骤：
步骤1，导入历史气象数据，提取气象数据中的水汽条件、热力能量条件、动力条件数据，分别计算不同经度、纬度和日期的气象比湿、假相当位温和垂直速度，并按照经度、纬度和日期顺序存储；
步骤2，对预报员的关注区域，根据当前气象数据，分别计算当前该区域内的比湿、假相当位温和垂直速度的均值；
步骤3，对预报员的关注区域，根据步骤1中存储的比湿、假相当位温和垂直速度，按照日期分别计算该区域内历史不同日期比湿、假相当位温和垂直速度均值；
步骤4，将步骤2中预报员关注区域当前日期的比湿、假相当位温和垂直速度的均值逐一与步骤3中计算得到的该区域不同日期的历史的比湿、假相当位温和垂直速度均值进行比对，若|qi-qc|+|θi-θc|+|ωi-ωc|＜ε，则将(qi,θi,ωi)对应的日期加入日期集合{t}中；其中，qi、θi、ωi分别表示该区域历史第i个日期的比湿均值、假相当位温均值、垂直速度均值，qc表示该区域当前日期的比湿均值、假相当位温均值、垂直速度均值；
步骤5，在步骤4的日期集合{t}中搜索使得成立的日期，作为当前日期该区域在天气形势上的最相似日期，其中，分别表示日期集合{t}中第o个日期的比湿均值、假相当位温均值、垂直速度均值，qtc、θtc、ωtc分别表示日期集合{t}中所有日期的比湿均值的平均值、假相当位温均值的平均值、垂直速度均值的平均值；
步骤6，步骤5中最相似日期的未来气象数据，即为预报员关注区域的气象预报结果。
本发明的气象预报方法，通过GrADS绘图引擎对最相似日期的未来气象数据进行绘图。调用GrADS绘图引擎进行绘图后，预报员可以直接查看最相似日期的未来(一般为12小时以内)的绘图产品，更加直观的供预报员提供未来天气的可能走向，以便预报员进行气象预报。
本发明中，比湿的计算公式为：
式中，q表示比湿，mv表示一定体积湿空气中水汽的质量，单位为g；md表示一定体积湿空气中干空气的质量，单位为g。
将计算结果按经度、纬度和日期的顺序进行生成数据产品，同时依据数据产品存放路径、经纬度格点数、日期存储相对应的数据产品。
本发明中，假相当位温的计算公式为：
式中，θse表示假相当温度，单位为K；θd表示湿空气中所含干空气的位温，单位为K；rs表示湿绝热减温率；LV表示水汽的相变潜热，单位为J/g；cpd表示水汽比定压热容，单位为J/(kg·K)；T表示温度，单位为摄氏度。
将计算结果按经度、纬度和日期的顺序进行生成数据产品，同时依据数据产品存放路径、经纬度格点数、日期存储相对应的数据产品。
本发明中，垂直速度的计算公式为：
式中，ω表示垂直速度；p0和p分别表示为不在同一水平面上的两个高度的大气压强；ωp0表示对应p0的高度的垂直速度，单位为hpa/s；表示分别对应p0和p的两个平面之间的平均散度，单位为1/s。
将计算结果按经度、纬度和日期的顺序进行生成数据产品，同时依据数据产品存放路径、经纬度格点数、日期存储相对应的数据产品。
本发明还设计一种气象预报装置，包括物理量提取模块、数据下载模块、产品存储模块、绘图模块以及相似度检索模块，其中：数据下载模块，用于从气象资料库中下载所需要的气象资料；物理量提取模块包括水汽条件提取模块、热力能量条件提取模块以及动力条件提取模块，水汽条件提取模块用于提取数据下载模块下载的气象资料中的气象数据并计算比湿，热力能量条件提取模块用于提取数据下载模块下载的气象资料中的气象数据并计算假相当位温，动力条件提取模块用于提取数据下载模块下载的气象资料中的气象数据并计算垂直速度；相似度检索模块，用于根据物理量提取模块的输出检索出与当前日期预报员的关注区域在天气形势上的最相似日期；绘图模块，用于通过GrADS绘图引擎对相似度检索模块输出的最相似日期的未来气象数据进行绘图，绘图结果即为预报员关注区域的预报结果；产品存储模块，用于存储物理量提取模块和绘图模块的输出。
由于“提取物理量模块”生成的数据产品和“绘图模块”生成的图形产品种类繁多，为了提高检索效率，在产品存储模块在进行数据存储时，规定产品的文件名按照“产品类别+相似度类别+产品时间”的方式进行存储。其中，产品类别取值代码为C或D或P：C代表数据描述文件，D代表数据产品，P代表绘图产品；相拟度类别取值范围为1-3：1代表水汽条件相似度代码、2代表热力能量条件相似度代码、3代表动力条件相似度代码；产品时间取值为YYYYMMDDhh为气象资料表征的时间，由YYYY代表四位的年份、MM代表两位的月份、DD代表两位的日期、hh代表两位的小时。这种存储方式，使得“相似度检索模块”在检索时，可以通过文件名判断产品类别、相似度类别和具体的产品时间，减少了对产品检索的时间，提高了检索效率。
某市夏季某日暴雨，预报员运行上述气象预报装置，参考历史上具有相同水汽条件的气象资料判断次日气象形式的发展，其实施步骤如下：
步骤1：“相似度检索模块”通过对“产品存储模块”调用，获得某日指定区域的历史比湿、假相当位温和垂直速度数据，若“产品存储模块”无此数据，则由“数据下载模块”先下载对应的气象资料，在通过“物理量提取模块”得到比湿、假相当位温和垂直速度数据；
步骤2：通过“相似度检索模块”检索在水汽条件、热力能量条件和动力条件具有最相似天气形势的历史日期；
步骤3：读取“产品存储模块”中最相似日期未来12小时以内的历史气象资料，并通过绘图模块对其进行绘图显示，供预报员参考检索日期未来12小时天气过程的可能走向，以进行气象预报。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种气象预报方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，导入历史气象数据，提取气象数据中的水汽条件、热力能量条件、动力条件数据，分别计算不同经度、纬度和日期的气象比湿、假相当位温和垂直速度，并按照经度、纬度和日期顺序存储；
步骤2，对预报员的关注区域，根据当前气象数据，分别计算当前该区域内的比湿、假相当位温和垂直速度的均值；
步骤3，对预报员的关注区域，根据步骤1中存储的比湿、假相当位温和垂直速度，按照日期分别计算该区域内历史不同日期比湿、假相当位温和垂直速度均值；
步骤4，将步骤2中预报员关注区域当前日期的比湿、假相当位温和垂直速度的均值逐一与步骤3中计算得到的该区域不同日期的历史的比湿、假相当位温和垂直速度均值进行比对，若|qi-qc|+|θi-θc|+|ωi-ωc|＜ε，则将(qi,θi,ωi)对应的日期加入日期集合{t}中；其中，qi、θi、ωi分别表示该区域历史第i个日期的比湿均值、假相当位温均值、垂直速度均值，qc表示该区域当前日期的比湿均值、假相当位温均值、垂直速度均值，ε表示预设阈值；
步骤5，在步骤4的日期集合{t}中搜索使得成立的日期，作为当前日期该区域在天气形势上的最相似日期，其中，分别表示日期集合{t}中第o个日期的比湿均值、假相当位温均值、垂直速度均值，qtc、θtc、ωtc分别表示日期集合{t}中所有日期的比湿均值的平均值、假相当位温均值的平均值、垂直速度均值的平均值；
步骤6，步骤5中最相似日期的未来气象数据，即为预报员关注区域的气象预报结果。
2.根据权利要求1所述的一种气象预报方法，其特征在于，步骤1中比湿的计算公式为：
<mrow>
<mi>q</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>m</mi>
<mi>v</mi>
</msub>
<mrow>
<msub>
<mi>m</mi>
<mi>d</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>m</mi>
<mi>v</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
式中，q表示比湿，mv表示一定体积湿空气中水汽的质量，md表示一定体积湿空气中干空气的质量。
3.根据权利要求1所述的一种气象预报方法，其特征在于，步骤1中假相当位温的计算公式为：
<mrow>
<msub>
<mi>&theta;</mi>
<mrow>
<mi>s</mi>
<mi>e</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>&theta;</mi>
<mi>d</mi>
</msub>
<mi>exp</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>r</mi>
<mi>s</mi>
</msub>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>V</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>c</mi>
<mrow>
<mi>p</mi>
<mi>d</mi>
</mrow>
</msub>
<mi>T</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中，θse表示假相当温度，θd表示湿空气中所含干空气的位温，rs表示湿绝热减温率，LV表示水汽的相变潜热，cpd表示水汽比定压热容，T表示温度。
4.根据权利要求1所述的一种气象预报方法，其特征在于，步骤1中垂直速度的计算公式为：
<mrow>
<mi>&omega;</mi>
<mo>=</mo>
<mover>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<mi>u</mi>
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<mrow>
<mo>&part;</mo>
<mi>x</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<mi>v</mi>
</mrow>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<mi>y</mi>
</mrow>
</mfrac>
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</mrow>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
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</msub>
<mo>-</mo>
<mi>p</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
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</msub>
</mrow>
式中，ω表示垂直速度，p0和p分别表示为不在同一水平面上的两个高度的大气压强，表示对应p0的高度的垂直速度，表示分别对应p0和p的两个平面之间的平均散度。
5.根据权利要求1所述的一种气象预报方法，其特征在于，步骤6中通过GrADS绘图引擎对步骤5中最相似日期的未来气象数据进行绘图。
6.一种气象预报装置，其特征在于，包括物理量提取模块、数据下载模块、产品存储模块、绘图模块以及相似度检索模块，其中：
数据下载模块，用于从气象资料库中下载所需要的气象资料；
物理量提取模块包括水汽条件提取模块、热力能量条件提取模块以及动力条件提取模块，水汽条件提取模块用于提取数据下载模块下载的气象资料中的气象数据并计算比湿，热力能量条件提取模块用于提取数据下载模块下载的气象资料中的气象数据并计算假相当位温，动力条件提取模块用于提取数据下载模块下载的气象资料中的气象数据并计算垂直速度；
相似度检索模块，用于根据物理量提取模块的输出检索出与当前日期预报员的关注区域在天气形势上的最相似日期；
绘图模块，用于通过GrADS绘图引擎对相似度检索模块输出的最相似日期的未来气象数据进行绘图，绘图结果即为预报员关注区域的预报结果；
产品存储模块，用于存储物理量提取模块和绘图模块的输出。
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| CN201710811031.9A CN107656323A (zh) | 2017-09-11 | 2017-09-11 | 一种气象预报方法及装置 |
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| CN201710811031.9A Pending CN107656323A (zh) | 2017-09-11 | 2017-09-11 | 一种气象预报方法及装置 |
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| CN (1) | CN107656323A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108491959A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-09-04 | 周名扬 | 一种智能相似天气预报方法及系统、信息数据处理终端 |
| CN108957590A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-12-07 | 南京信息工程大学 | 一种基于eeof准双周振荡实时指数的提取方法 |
| CN115629431A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-01-20 | 成都数之联科技股份有限公司 | 一种水汽含量预测方法、装置、设备及介质 |
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2017
- 2017-09-11 CN CN201710811031.9A patent/CN107656323A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN108491959B (zh) * | 2018-02-11 | 2021-11-19 | 周名扬 | 一种智能相似天气预报方法及系统、信息数据处理终端 |
| CN108957590A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-12-07 | 南京信息工程大学 | 一种基于eeof准双周振荡实时指数的提取方法 |
| CN108957590B (zh) * | 2018-05-22 | 2020-10-09 | 南京信息工程大学 | 一种基于eeof准双周振荡实时指数的提取方法 |
| CN115629431A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-01-20 | 成都数之联科技股份有限公司 | 一种水汽含量预测方法、装置、设备及介质 |
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