CN112882128A - 一种海上虚拟气象观测站的建立方法、观测系统及储存介质 - Google Patents
一种海上虚拟气象观测站的建立方法、观测系统及储存介质 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及一种海上虚拟气象观测站的建立方法、观测系统及储存介质，通过在海上固定航线的船只上设置船载自动气象站，并在航线上确定多个海上虚拟气象站的位置，对船只经过每个海上虚拟气象站时的观测数据进行收集处理，从而完成海上虚拟气象观测站的建立，且通过设置对海上虚拟气象站观测系统完成对观测样本的筛选以及计算处理，从而得到更加精确的观测样本数据。本申请提出了一种基于多个航行的船载自动气象站数据反演海上固定位置的气象观测数据的方法，可拓展到基于其他海上漂浮物搭载的自动气象站数据反演海上固定位置的气象观测数据的方法。
Description
技术领域
本申请涉及气象观测技术领域，尤其是涉及一种海上虚拟气象观测站的建立方法、观测系统及储存介质。
背景技术
气象观测是气象工作和大气科学发展的基础，由于大气现象及其物理过程的变化较快，影响因子复杂，除了大气本身各种尺度运动之间的相互作用外，太阳、海洋和地表状况等都影响着大气的运动。目前我国陆地上已经建有60000个自动气象站，基本做到了乡镇级覆盖，但是海上只有近海处建设了少量的浮标站和海上平台站，观测资料稀缺，很难对海上固定位置进行较为精准的气象观测，给海上预报和海上服务业务的发展带来了限制。
发明内容
本申请的目的一是提供一种海上虚拟气象观测站的建立方法，通过在海上固定航线的船只上设置船载自动气象站，并在航线上确定多个海上虚拟气象站的位置，对船只经过每个海上虚拟气象站时的观测数据进行收集处理，从而完成海上虚拟气象观测站的建立。
本申请的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种海上虚拟气象观测站的建立方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、在固定航线的若干船只或漂浮物上安装船载自动气象站；
S2、对若干船载自动气象站进行统一标定；
S3、在航线上确定多个海上虚拟气象站的位置，记第N个海上虚拟气象站的经纬度分别为LONN和LATN。；
S4、计算第N站海上虚拟气象站第T时次观测数据。
通过采用上述技术方案，船只可以搭载船载自动气象站沿航线进行移动，船载自动气象站可以对航线所在的海域进行气象观测。工作人员可以对船载气象站经过海上虚拟气象站位置时所观测的数据进行收集计算，从而得到第N站海上虚拟气象站第T时次观测的数据。
优选的，S1中，所述船载自动气象站的观测要素包括风速、风向、气温、气压、相对湿度以及观测时刻船只所在的经纬度。
通过采用上述技术方案，风速、风向、气温、气压以及相对湿度属于观测数据，船载自动气象站通过观测，记录这些数据方便工作人员对经过的海上虚拟气象站所在海域进行气象数据观测计算。同时经纬度的观测可以方便工作人员对船只所在经纬度与相近的海上虚拟气象站的经纬度进行比较，从而使工作人员对海上虚拟气象站所在经纬度附近海域的气象数据进行观测收集。
优选的，S4中，所述计算第N站海上虚拟气象站第T时次观测数据，具体包括以下步骤；
S41、收集并确定计算第T时次观测数据的数据集A0；
S42、修正A0数据集；
S43、反演第T时次第N站海上虚拟气象站的观测数据；
S44、记录第T时次第N站海上虚拟气象站的数据质量。
通过采用上述技术方案，工作人员可以对第N站海上虚拟气象站第T时次的测量数据进行收集计算，并通过反演第T时次海上虚拟气象站的观测数据，进一步确定第T时次的观测数据。
优选的，S41中，收集并确定计算第T时次观测数据的数据集A0，具体包括如下步骤：
S411、取观测数据集A1、A2、A3、A4、A5；
S412、对数据集A1、A2、A3、A4、A5中每个数据集的观测样本进行统计筛选，筛选出适用于计算海上虚拟气象站观测数据的数据集An；
S413、处理数据集An中所包含的观测样本得到数据集A0。
通过采用上述技术方案，通过设置多个观测数据集，方便工作人员对A0数据集的多段采样，从而使得采集样本可以更具有普遍性。
优选的，所述S411中，取观测数据集A1、A2、A3、A4、A5，具体包括以下步骤：
取距离第T时次前后t分钟以内，船只距离第N站海上虚拟气象站L公里以内所有所述船载自动气象站的观测数据为数据集A1；
取距离第T时次前后t分钟以内，船只距离第N站海上虚拟气象站2L公里以内所有所述船载自动气象站的观测数据为数据集A2；
取距离第T时次前后t分钟以内，船只距离第N站海上虚拟气象站4L公里以内所有所述船载自动气象站的观测数据为数据集A3；
取距离第T时次前后2t分钟以内，船只距离第N站海上虚拟气象站4L公里以内所有所述船载自动气象站的观测数据为数据集A4；
取距离第T时次前后3t分钟以内，船只距离第N站海上虚拟气象站4L公里以内所有所述船载自动气象站的观测数据为数据集A5。
通过采用上述技术方案，通过控制不同的变量得出不同的数据集，从而为数据集A0提供多个备选数据集，使工作人员可以更加精确的得出A0数据集。
优选的，所述S412中，对数据集A1、A2、A3、A4、A5中每个数据集的观测样本进行统计筛选，筛选出适用于计算海上虚拟气象站观测数据的数据集An，具体包括以下步骤：
统计数据集A1内观测样本，当数据集A1内无观测样本时，基于数据集A2计算海上虚拟气象站的观测数据；
统计数据集A2内观测样本，当数据集A2内无观测样本时，基于数据集A3计算海上虚拟气象站的观测数据；
统计数据集A3内观测样本，当数据集A3内无观测样本时，基于数据集A4计算海上虚拟气象站的观测数据；
统计数据集A4内观测样本，当数据集A4内无观测样本时，基于数据集A5计算海上虚拟气象站的观测数据；
统计数据集A5内观测样本，当数据集A5内无观测样本时，第T时次观测数据缺测。
通过采用上述技术方案，通过逐级筛选的方法可以有效防止观测样本遗漏，同时选用最靠近海上虚拟气象站位置的观测数据，可以使得观测样本更能反映海上虚拟气象站位置的气象情况。
本申请的发明目的二是提供一种海上虚拟气象站的观测系统，包括以下模块：
第一模块，收集并确定计算第T时次观测数据的数据集A0：
第一单元，取观测数据集A1、A2、A3、A4、A5；
第二单元，对数据集A1、A2、A3、A4、A5中每个数据集的观测样本进行统计筛选，筛选出适用于计算海上虚拟气象站观测数据的数据集An；
第三单元，处理数据集An中所包含的观测样本得到数据集A0；
第二模块，修正A0数据集；
第三模块，反演第T时次第N站海上虚拟气象站的观测数据；
第四模块，记录第T时次第N站海上虚拟气象站的数据质量。
本申请的发明目的三是提供一种储存介质，其中储存有一种海上虚拟气象站的观测系统可执行的指令，所述指令在由一种海上虚拟气象站的观测系统包括的处理器执行是用于实现如上任一项所述的一种海上虚拟气象站的建立方法。
综上所述，本申请的有益技术效果为：
1.在固定航线的船只上设置船载自动气象站，并在航线上设置多个海上虚拟气象站，船载自动气象站记录船只到达预先设置好的海上虚拟气象站位置附近时的各种观测数据，从而方便工作人员对设置好的海上虚拟气象站附近海域气象情况的观测；
2.A1、A2、A3、A4、A5多观测数据集的设置使得工作人员可以更加精确的选择具有观测样本的数据集，同时使得观测样本更具有普遍，从而使得观测数据更加精确的反应出海上虚拟气象站附近海域的气象情况；
3.反演第T时次第N站海上虚拟气象站的观测数据，可以进一步的精确测算海上虚拟气象站附近海域的气象情况。
附图说明
图1是本申请的整体方法流程图。
图2是本申请的计算第N站海上虚拟气象站第T时次观测数据的流程图。
图3是本申请的收集并确定计算第T时次观测数据的数据集A0的流程图。
具体实施方式
以下结合附图1至附图3对本申请作进一步详细说明。
参照图1，为本申请公开的一种海上虚拟气象观测站的建立方法，包括如下步骤：
S1、在固定航线的若干船只或漂浮物上安装船载自动气象站，本实施例中选用客滚船作为搭载船载自动气象站的安装船只；
S2、对若干船载自动气象站进行统一标定，保障数据的一致性；
S3、在航线上确定多个海上虚拟气象站的位置，记第N个海上虚拟气象站的经纬度分别为LONN和LATN。；
S4、计算第N站海上虚拟气象站第T时次观测数据，T时次一般取半点时刻或者整点时刻。
参照图2，其中在步骤4中，计算第N站海上虚拟气象站第T时次的观测数据时，需要进行如下步骤：
S41、收集并确定计算第T时次观测数据的数据集A0。
参照图3，在进行数据集A0的收集时，需要从船载气象站到达虚拟气象站附近位置时所测得的大量数据中收集筛选，包括如下步骤：
S411、取观测数据集A1、A2、A3、A4、A5。在进行数据集A1、A2、A3、A4、A5的收集时，采用控制变量法对距离船只到达海上虚拟气象站附近相同时间范围不同距离范围的观测数据以及相同距离范围不同时间范围的观测数据进行收集。
以下为本实施例对A1、A2、A3、A4、A5的取值方法，其中本实施例中t取10，L取5
取距离第T时次前后t分钟以内，船只距离第N站海上虚拟气象站L公里以内所有所述船载自动气象站的观测数据为数据集A1；
取距离第T时次前后t分钟以内，船只距离第N站海上虚拟气象站2L公里以内所有所述船载自动气象站的观测数据为数据集A2；
取距离第T时次前后t分钟以内，船只距离第N站海上虚拟气象站4L公里以内所有所述船载自动气象站的观测数据为数据集A3；
取距离第T时次前后2t分钟以内，船只距离第N站海上虚拟气象站4L公里以内所有所述船载自动气象站的观测数据为数据集A4；
取距离第T时次前后3t分钟以内，船只距离第N站海上虚拟气象站4L公里以内所有所述船载自动气象站的观测数据为数据集A5。
S412、对数据集A1、A2、A3、A4、A5中每个数据集的观测样本进行统计筛选，筛选出适用于计算海上虚拟气象站观测数据的数据集An。
统计数据集A1内观测样本，当数据集A1内无观测样本时，基于数据集A2计算海上虚拟气象站的观测数据；
统计数据集A2内观测样本，当数据集A2内无观测样本时，基于数据集A3计算海上虚拟气象站的观测数据；
统计数据集A3内观测样本，当数据集A3内无观测样本时，基于数据集A4计算海上虚拟气象站的观测数据；
统计数据集A4内观测样本，当数据集A4内无观测样本时，基于数据集A5计算海上虚拟气象站的观测数据；
统计数据集A5内观测样本，当数据集A5内无观测样本时，第T时次观测数据缺测。
筛选出适合作为数据集A0的数据集An(n取1-5)之后进入下一步。
S413、处理数据集An中所包含的观测样本得到数据集A0。
当数据集An内观测数据样本数量≤3时，该数据集An即为数据集A0；当数据集An内观测数据样本数量＞3时，则使用距离最近法则，选取距离最近的三个观测数据组成数据集A0。距离计算公式如下：
WR*ΔR+WT*ΔT
其中，ΔR是数据集内观测样本记录的经纬度和虚拟站经纬度之间的空间距离，ΔT是观测样本记录的观测时间距离虚拟站观测时次T的时间差，WR是空间距离的权重，一般取0.3，WT是时间差的权重，一般取0.7。
S42、修正A0数据集，对A0数据集中的各项观测数据进行数据处理，从而使得数据集A0中的数据样本可以更能反映出该海上虚拟气象站附近的气象真实情况。
计算每个观测样本中气温、气压、相对湿度和风速的变化率，以风速为例，计算方法如下：
其中，Δwi表示风速变化率，wi,wi-1和wi-2分别表示i,i-1和i-2时次的风速。
同时需要考虑到A0中数据样本的观测时间与T时次的时间差对观测结果的影响，因此考虑到A0中数据样本观测时间与T时次之间的时间差对观测样本有如下修正方法：如果A0中某个样本数据样本的观测时间距离T时次的时间差为0，则不需要进行修正；如果A0中某个观测样本的观测时间距离T时次的时间差为Δt，则该观测样本中的气温、气压、相对湿度和风速需要根据变化率和时间差进行修正，以风速为例：
ΔW＝Δwi*Δt/T0
Wi＝wi+Δwi
其中ΔW表示风速修正值，T0表示观测时间间隔，wi和Wi分别表示修正前后该观测样本的风速。
之后将修正后的各个样本形成数据集A00。
S43、反演第T时次第N站海上虚拟气象站的观测数据。进一步的对数据集A0的内的样本数据精确化。
气温、气压、相对湿度和风速取S42中数据集A00内观测样本的平均值。将数据集A0内每个观测样本的风向根据数值归入对应的十六方位，取A0中数量最多的风向作为第N站海上虚拟气象站在T时次风向；如果每个观测样本的风向均不一致，则取距离海上虚拟气象站距离最近的观测样本的风向作为第N站海上虚拟气象站在T时次的风向。
S44、记录第T时次第N站海上虚拟气象站的数据质量。
计算T时次观测数据的观测样本若来源于A1数据集，则第N站海上虚拟气象站在T时次观测数据质量即为1级；计算T时次观测数据的观测样本若来源于A2数据集，则第N站海上虚拟气象站在T时次观测数据质量即为2级，依次类推。
本发明还提供一种海上虚拟气象站的观测系统，包括以下模块：
第一模块，收集并确定计算第T时次观测数据的数据集A0：
第一单元，取观测数据集A1、A2、A3、A4、A5；
第二单元，对数据集A1、A2、A3、A4、A5中每个数据集的观测样本进行统计筛选，筛选出适用于计算海上虚拟气象站观测数据的数据集An；
第三单元，处理数据集An中所包含的观测样本得到数据集A0；
第二模块，修正A0数据集；
第三模块，反演第T时次第N站海上虚拟气象站的观测数据；
第四模块，记录第T时次第N站海上虚拟气象站的数据质量。
本发明还提供一种储存介质，其中储存有一种海上虚拟气象站的观测系统可执行的指令，所述指令在由一种海上虚拟气象站的观测系统包括的处理器执行是用于实现如上所述的一种海上虚拟气象站的建立方法。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种海上虚拟气象观测站的建立方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、在固定航线的若干船只或漂浮物上安装船载自动气象站；
S2、对若干船载自动气象站进行统一标定；
S3、在航线上确定多个海上虚拟气象站的位置，记第N个海上虚拟气象站的经纬度分别为LONN和LATN；
S4、计算第N站海上虚拟气象站第T时次观测数据。
2.根据权利要求1所述的一种海上虚拟气象观测站的建立方法，其特征在于：S1中，所述船载自动气象站的观测要素包括风速、风向、气温、气压、相对湿度以及观测时刻船只所在的经纬度。
3.根据权利要求1所述的一种海上虚拟气象观测站的建立方法，其特征在于：S4中，所述计算第N站海上虚拟气象站第T时次观测数据，具体包括以下步骤；
S41、收集并确定计算第T时次观测数据的数据集A0；
S42、修正A0数据集；
S43、反演第T时次第N站海上虚拟气象站的观测数据；
S44、记录第T时次第N站海上虚拟气象站的数据质量。
4.根据权利要求3所述的一种海上虚拟气象观测站的建立方法，其特征在于：S41中，收集并确定计算第T时次观测数据的数据集A0，具体包括如下步骤：
S411、取观测数据集A1、A2、A3、A4、A5；
S412、对数据集A1、A2、A3、A4、A5中每个数据集的观测样本进行统计筛选，筛选出适用于计算海上虚拟气象站观测数据的数据集An；
S413、处理数据集An中所包含的观测样本得到数据集A0。
5.根据权利要求4所述的一种海上虚拟气象观测站的建立方法，其特征在于：所述S411中，取观测数据集A1、A2、A3、A4、A5，具体包括以下步骤：
取距离第T时次前后t分钟以内，船只距离第N站海上虚拟气象站L公里以内所有所述船载自动气象站的观测数据为数据集A1；
取距离第T时次前后t分钟以内，船只距离第N站海上虚拟气象站2L公里以内所有所述船载自动气象站的观测数据为数据集A2；
取距离第T时次前后t分钟以内，船只距离第N站海上虚拟气象站4L公里以内所有所述船载自动气象站的观测数据为数据集A3；
取距离第T时次前后2t分钟以内，船只距离第N站海上虚拟气象站4L公里以内所有所述船载自动气象站的观测数据为数据集A4；
取距离第T时次前后3t分钟以内，船只距离第N站海上虚拟气象站4L公里以内所有所述船载自动气象站的观测数据为数据集A5。
6.根据权利要求4所述的一种海上虚拟气象观测站的建立方法，其特征在于：所述S412中，对数据集A1、A2、A3、A4、A5中每个数据集的观测样本进行统计筛选，筛选出适用于计算海上虚拟气象站观测数据的数据集An，具体包括以下步骤：
统计数据集A1内观测样本，当数据集A1内无观测样本时，基于数据集A2计算海上虚拟气象站的观测数据；
统计数据集A2内观测样本，当数据集A2内无观测样本时，基于数据集A3计算海上虚拟气象站的观测数据；
统计数据集A3内观测样本，当数据集A3内无观测样本时，基于数据集A4计算海上虚拟气象站的观测数据；
统计数据集A4内观测样本，当当数据集A4内无观测样本时，基于数据集A5计算海上虚拟气象站的观测数据；
统计数据集A5内观测样本，当数据集A5内无观测样本时，第T时次观测数据缺测。
7.根据权利要求4所述的一种海上虚拟气象观测站的建立方法，其特征在于：所述S413中，处理数据集An中所包含的观测样本得到数据集A0，具体包括如下步骤：
当数据集An内观测数据样本数量≤3时，该数据集An即为数据集A0；当数据集An内观测数据样本数量＞3时，则取距离最近的三个观测数据组成数据集A0。
8.一种海上虚拟气象站的观测系统，其特征在于：包括以下模块：
第一模块，收集并确定计算第T时次观测数据的数据集A0：
第一单元，取观测数据集A1、A2、A3、A4、A5；
第二单元，对数据集A1、A2、A3、A4、A5中每个数据集的观测样本进行统计筛选，筛选出适用于计算海上虚拟气象站观测数据的数据集An；
第三单元，处理数据集An中所包含的观测样本得到数据集A0；
第二模块，修正A0数据集；
第三模块，反演第T时次第N站海上虚拟气象站的观测数据；
第四模块，记录第T时次第N站海上虚拟气象站的数据质量。
9.一种储存介质，其中储存有权利要求8所述的系统可执行的指令，其特征在于：所述指令在由权利要求8所述的系统包括的处理器执行是用于实现如权利要求1-7任一项所述的一种海上虚拟气象站的建立方法。
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|---|
| 姜俊玲，李刚，张孝峰，章火宝，刘学萍: "烟台船舶自动气象站测风数据可用性初探", 《山东气象》, vol. 34, no. 4, 31 December 2014 (2014-12-31), pages 54 - 57 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112882128B (zh) | 2022-07-19 |
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