CN112948762B - 舞动预报的地面温度修正方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了舞动预报的地面温度修正方法及其系统，通过定义舞动事件，并从舞动发生时的记录数据中提取所有舞动事件的发生时间；从历史数据中获取并根据每个舞动事件发生前N天的位势高度数据，得到每个舞动事件所对应的典型天气形势；从历史数据中获取每种典型天气形势所对应的所有舞动事件发生过程中的实际地面温度和预测地面温度，求出所述实际地面温度和预测地面温度的平均温度偏差、方差以及相关系数，并根据所述平均温度偏差、方差以及相关系数修正该种典型天气形势下的预测地面温度，相比于现有技术而言，能有效提升电网舞动数值预报中地面温度预报准确度。

Description

舞动预报的地面温度修正方法及其系统
技术领域
本发明属于电气工程领域，具体涉及舞动预报的地面温度修正方法及其系统。
背景技术
输电线路舞动是我国中东部地区常见的冬季冰灾类型，主要是指轻度覆冰的输电线路在大风条件下发生的大幅度、持续性的上下振动。舞动容易导致线路跳闸、金具损坏，严重时会导致输电杆塔倾斜倒塌，成为威胁电网安全的突出问题之一。近些年舞动灾害频发，如2018年1月湖北、安徽舞动造成电网大范围倒塔断线事故，2015年11月辽宁、河北、河南舞动导致多条线路跳闸，
电力部门和相关科研单位已经开展了一些针对线路舞动预警研究，相关研究表明舞动灾害发生需要严苛的气象条件，其中温度条件直接决定着舞动的覆冰情况，是舞动数值预报最重要的关键点之一。舞动事件一般发生在冷空气南下，天气条件快速转变的时候，由于各种原因，目前数值模式对舞动发生前后地面温度的预报还是有一些偏差，因此开展合理科学的数值模式温度预报结果修正是提高舞动预报准确度的有效手段。
发明内容
本发明提供了舞动预报的地面温度修正方法及其系统，用于解决现舞动发生前后地面温度的预报还是有偏差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种舞动预报的地面温度修正方法，包括以下步骤：
从历史数据中获取舞动发生时的记录数据，定义舞动事件，并从舞动发生时的记录数据中提取所有舞动事件的发生时间；从历史数据中获取并根据每个舞动事件发生前N天的位势高度数据，得到每个舞动事件所对应的典型天气形势；
从历史数据中获取每种典型天气形势所对应的所有舞动事件发生过程中的实际地面温度和预测地面温度，求出所述实际地面温度和预测地面温度的平均温度偏差、方差以及相关系数，并根据所述平均温度偏差、方差以及相关系数修正该种典型天气形势下的预测地面温度。
优选的，所述舞动事件为：在预定大小的区域内，存在M条及以上的输电线路同时舞动观测记录，且在预定大小的区域内，发生了输电线路因舞动跳闸或者因舞动造成的电力设施损坏，即可认为所述预定大小的区域内发生了舞动事件；所述舞动事件的发生时间为该次舞动事件中所有线路舞动的时间从早到晚排序在中间位置的时间。
优选的，所述预定大小的区域为经纬度为1°×1°的任意区域，所述M的取值为5，所述输电线路为110kV的输电线路。
优选的，所述N的取值为3，所述位势高度数据为环流区域内500hPa的位势场；从历史数据中获取并根据每个舞动事件发生前N天的位势高度数据得到每个舞动事件所对应的典型天气形势；具体包括以下步骤：
获取每个舞动事件发生前3天的位势高度数据构建表征每个舞动事件典型天气形势的三维数组H(x1,x2,x3)，其中，H表示500hPa位势场，x1表示关注的天气形势环流区域的经度范围，x2表示关注的天气形势环流区域纬度范围，x3表示不同的舞动事件；
基于经验正交函数分解方法，将表征每个舞动事件的典型天气形势的三维数组H(x1,x2,x3)进行分解，得到每个舞动事件所对应的典型天气形势；
优选的，从历史数据中获取每种典型天气形势所对应的所有舞动事件发生过程中的实际地面温度和预测地面温度，求出所述实际地面温度和预测地面温度的平均温度偏差、方差以及相关系数，具体包括以下步骤：
分别求出每种典型天气形势所对应的所有舞动事件发生过程中的实际地面温度T(a1,a2,a3)和预测地面温度据T1(a1,a2,a3)的平均值；并将实际地面温度T(a1,a2,a3)的平均值和预测地面温度T1(a1,a2,a3)的平均值作差，得到实际地面温度T(a1,a2,a3)和预测地面温度T1(a1,a2,a3)的平均温度偏差aT(a1,a2)，其中T表示实际地面温度，T1表示预测地面温度，a1表示舞动事件区域的经度范围，a2表示舞动事件区域纬度范围，a3表示不同的舞动事件，aT表示平均温度偏差，可以表征数值模式对这种典型天气形势下地面温度预报的总体偏差；
计算每种典型天气形势下所有舞动事件发生过程中的实际地面温度T(a1,a2,a3)和预测地面温度据T1(a1,a2,a3)的方差，得到两者的方差sdT(a1,a2),sdT表示方差，可以表征数值模式对这种天气形势下地面温度预报的偏差的稳定性；
计算每种天气形势下所有舞动事件的发生过程中的实际地面温度T(a1,a2,a3)和预测地面温度据T1(a1,a2,a3)的相关系数，得到两者的相关系数corT(a1,a2),corT表示相关系数，可以表征数值模式对这种天气形势下地面温度预报的稳定性。
优选的，根据所述平均温度偏差、方差以及相关系数修正该种典型天气形势下的预测地面温度，具体包括以下步骤：
当某种典型天气形势下所有舞动事件的发生过程中的实际地面温度T(a1,a2,a3)和预测地面温度T1(a1,a2,a3)的相关系数corT高于预定的系数阈值，方差sdT小于预定的方差阈值，在预测地面温度的基础上，加上该种典型天气形势下地面温度预报的总体偏差aT，得到修正后的预测地面温度。
一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一所述方法的步骤。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明中的舞动预报的地面温度修正方法及其系统，通过定义舞动事件，并从舞动发生时的记录数据中提取所有舞动事件的发生时间；从历史数据中获取并根据每个舞动事件发生前N天的位势高度数据，得到每个舞动事件所对应的典型天气形势；从历史数据中获取每种典型天气形势所对应的所有舞动事件发生过程中的实际地面温度和预测地面温度，求出所述实际地面温度和预测地面温度的平均温度偏差、方差以及相关系数，并根据所述平均温度偏差、方差以及相关系数修正该种典型天气形势下的预测地面温度，相比于现有技术而言，能有效提升电网舞动数值预报中地面温度预报准确度。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明中的舞动预报的地面温度修正方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例一：
如图1所示，本实施中公开了一种舞动预报的地面温度修正方法，包括以下步骤：
从历史数据中获取舞动发生时的记录数据，定义舞动事件，并从舞动发生时的记录数据中提取所有舞动事件的发生时间；从历史数据中获取并根据每个舞动事件发生前N天的位势高度数据，得到每个舞动事件所对应的典型天气形势；
从历史数据中获取每种典型天气形势所对应的所有舞动事件发生过程中的实际地面温度和预测地面温度，求出所述实际地面温度和预测地面温度的平均温度偏差、方差以及相关系数，并根据所述平均温度偏差、方差以及相关系数修正该种典型天气形势下的预测地面温度。
此外，在本实施例中，还公开了一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一所述方法的步骤。
本发明中的舞动预报的地面温度修正方法及其系统，通过定义舞动事件，并从舞动发生时的记录数据中提取所有舞动事件的发生时间；从历史数据中获取并根据每个舞动事件发生前N天的位势高度数据，得到每个舞动事件所对应的典型天气形势；从历史数据中获取每种典型天气形势所对应的所有舞动事件发生过程中的实际地面温度和预测地面温度，求出所述实际地面温度和预测地面温度的平均温度偏差、方差以及相关系数，并根据所述平均温度偏差、方差以及相关系数修正该种典型天气形势下的预测地面温度，相比于现有技术而言，能有效提升电网舞动数值预报中地面温度预报准确度。
实施例二：
实施例二是实施例一的优选实施例，其与实施例一的不同之处在于，对舞动预报的地面温度修正方法进行了细化，具体以下步骤：
(1)数据收集
从气象部门收集近1998-2018年逐日的最高温度、最低温度、500hPa位势高度数据、数值模式地面温度预报数据(及预测地面温度)；从电力运维单位收集近20年舞动发生时的记录数据。
(2)舞动事件定义与获取
规定满足以下标准的为一次舞动事件：
1)在1°×1°的网格区域内，存在5条及以上110kV线路同时舞动观测记录；
2)在满足条件1)的1°×1°的网格区域内，发生了输电线路因舞动跳闸或者因舞动造成的螺栓、绝缘子、杆塔等电力设施损坏。
将一次舞动事件中所有线路舞动的时间从早到晚开始排序，规定位于中间位置的时间(精确到天即可)为这次舞动事件的发生时间。
从所述从舞动发生时的记录数据中提取所有的舞动事件以及所有的舞动事件的发生时间。
(3)典型天气形势分类：
在本实施例中，所述N的取值为3，所述位势高度数据为环流区域内500hPa的位势场；所述环流区域为东经40°～160°，北纬10°～70°的区域；
将每次舞动事件发送时间前3天的，环流区域范围内的位势高度数据进行提取，得到一个表征天气形势的三维数组H(x1,x2,x3)，其中，H表示位势场，x1表示关注的天气形势环流区域的经度范围，x2表示关注的天气形势环流区域纬度范围，x3表示不同的舞动事件。
基于经验正交函数分解方法，将表征每个舞动事件的典型天气形势的三维数组H(x1,x2,x3)进行分解，得到每个舞动事件所对应的典型天气形势。
基于经验正交函数分解(EOF)方法，将H(x1,x2,x3)进行分解，分解得到的前几种主要空间模态就是典型天气形势，根据每种空间模态对应的时间系数将所有舞动事件划分到不同典型天气形势下。
(4)不同天气形势下地面温度预报偏差分析
根据步骤(3)中的划分，统计每种典型天气形势下地面温度数值预报结果T1(a1,a2,a3)和实际观测数据T(a1,a2,a3)，其中，a1表示舞动事件区域的经度范围，a2表示舞动事件区域纬度范围，因为每次舞动发生区域不同，a1、a2所取范围为东经110-127°，北纬26.5-48°范围内的、属于中国的领土区域，可以将全部舞动区域包括进去，a3表示不同的舞动事件。
分别求出每种典型天气形势所对应的所有舞动事件发生过程中的实际地面温度T(a1,a2,a3)和预测地面温度T1(a1,a2,a3)的平均值；并将实际地面温度T(a1,a2,a3)的平均值和预测地面温度T1(a1,a2,a3)的平均值作差，得到实际地面温度T(a1,a2,a3)和预测地面温度T1(a1,a2,a3)的平均温度偏差aT(a1,a2)，其中T表示实际地面温度，T1表示预测地面温度，aT表示平均温度偏差，可以表征数值模式对这种典型天气形势下地面温度预报的总体偏差；
计算每种典型天气形势下所有舞动事件发生过程中的实际地面温度T(a1,a2,a3)和预测地面温度据T1(a1,a2,a3)的方差，得到两者的方差sdT(a1,a2),sdT表示方差，可以表征数值模式对这种天气形势下地面温度预报的偏差的稳定性；
计算每种天气形势下所有舞动事件发生过程中的实际地面温度T(a1,a2,a3)和预测地面温度据T1(a1,a2,a3)的相关系数，得到两者的相关系数corT(a1,a2),corT表示相关系数，可以表征数值模式对这种天气形势下地面温度预报的稳定性。
(5)不同天气形势下地面温度预报偏差修正
如果某种天气形势下预报和观测地面温度数据相关系数corT很高，方差sdT很小，表征数值模式温度预报偏差稳定，在温度预报偏差修正时，只需要根据数值模式对这种天气形势下地面温度预报的总体偏差aT，在预报基础上加上总体偏差aT，即可得到修正结果，基于修正后的温度预报结果开展舞动数值预报。及时向相关线路运维部门、电网调度部门、应急部门等发布灾害预警，提前做好相关应急措施。
即，当某种典型天气形势下所有舞动事件的发生过程中的实际地面温度T(a1,a2,a3)和预测地面温度T1(a1,a2,a3)的相关系数corT高于预定的系数阈值，方差sdT小于预定的方差阈值，在预测地面温度的基础上，加上该种典型天气形势下地面温度预报的总体偏差aT，得到修正后的预测地面温度，其中，所述系数阈值和方差阈值根据经验设定。
综上所述，本发明中的舞动预报的地面温度修正方法及其系统，通过定义舞动事件，并从舞动发生时的记录数据中提取所有舞动事件的发生时间；从历史数据中获取并根据每个舞动事件发生前N天的位势高度数据，得到每个舞动事件所对应的典型天气形势；从历史数据中获取每种典型天气形势所对应的所有舞动事件发生过程中的实际地面温度和预测地面温度，求出所述实际地面温度和预测地面温度的平均温度偏差、方差以及相关系数，并根据所述平均温度偏差、方差以及相关系数修正该种典型天气形势下的预测地面温度，相比于现有技术而言，能有效提升电网舞动数值预报中地面温度预报准确度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种舞动预报的地面温度修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
从历史数据中获取舞动发生时的记录数据，定义舞动事件，并从舞动发生时的记录数据中提取所有舞动事件的发生时间；从历史数据中获取并根据每个舞动事件发生前N天的位势高度数据，得到每个舞动事件所对应的典型天气形势；
从历史数据中获取每种典型天气形势所对应的所有舞动事件发生过程中的实际地面温度和预测地面温度，求出所述实际地面温度和预测地面温度的平均温度偏差、方差以及相关系数，并根据所述平均温度偏差、方差以及相关系数修正该种典型天气形势下的预测地面温度；
所述舞动事件为：在预定大小的区域内，存在M条及以上的输电线路同时舞动观测记录，且在预定大小的区域内，发生了输电线路因舞动跳闸或者因舞动造成的电力设施损坏，即可认为所述预定大小的区域内发生了舞动事件；所述舞动事件的发生时间为该次舞动事件中所有线路舞动的时间从早到晚排序在中间位置的时间；
所述预定大小的区域为经纬度为1°×1°的任意区域，所述M的取值为5，所述输电线路为110kV的输电线路；
所述N的取值为3，所述位势高度数据为环流区域内500hPa的位势场；从历史数据中获取并根据每个舞动事件发生前N天的位势高度数据得到每个舞动事件所对应的典型天气形势；具体包括以下步骤：
获取每个舞动事件发生前3天的位势高度数据构建表征每个舞动事件典型天气形势的三维数组H(x1,x2,x3)，其中，H表示500hPa位势场，x1表示关注的天气形势环流区域的经度范围，x2表示关注的天气形势环流区域纬度范围，x3表示不同的舞动事件；
基于经验正交函数分解方法，将表征每个舞动事件的典型天气形势的三维数组H(x1,x2,x3)进行分解，得到每个舞动事件所对应的典型天气形势；
从历史数据中获取每种典型天气形势所对应的所有舞动事件发生过程中的实际地面温度和预测地面温度，求出所述实际地面温度和预测地面温度的平均温度偏差、方差以及相关系数，具体包括以下步骤：
分别求出每种典型天气形势所对应的所有舞动事件发生过程中的实际地面温度T(a1,a2,a3)和预测地面温度据T1(a1,a2,a3)的平均值；并将实际地面温度T(a1,a2,a3)的平均值和预测地面温度T1(a1,a2,a3)的平均值作差，得到实际地面温度T(a1,a2,a3)和预测地面温度T1(a1,a2,a3)的平均温度偏差aT(a1,a2)，其中T表示实际地面温度，T1表示预测地面温度，a1表示舞动事件区域的经度范围，a2表示舞动事件区域纬度范围，a3表示不同的舞动事件，aT表示平均温度偏差，可以表征数值模式对这种典型天气形势下地面温度预报的总体偏差；
计算每种典型天气形势下所有舞动事件发生过程中的实际地面温度T(a1,a2,a3)和预测地面温度据T1(a1,a2,a3)的方差，得到两者的方差sdT(a1,a2),sdT表示方差，可以表征数值模式对这种天气形势下地面温度预报的偏差的稳定性；
计算每种天气形势下所有舞动事件的发生过程中的实际地面温度T(a1,a2,a3)和预测地面温度据T1(a1,a2,a3)的相关系数，得到两者的相关系数corT(a1,a2),corT表示相关系数，可以表征数值模式对这种天气形势下地面温度预报的稳定性；
根据所述平均温度偏差、方差以及相关系数修正该种典型天气形势下的预测地面温度，具体包括以下步骤：
当某种典型天气形势下所有舞动事件的发生过程中的实际地面温度T(a1,a2,a3)和预测地面温度T1(a1,a2,a3)的相关系数corT高于预定的系数阈值，方差sdT小于预定的方差阈值，在预测地面温度的基础上，加上该种典型天气形势下地面温度预报的总体偏差aT，得到修正后的预测地面温度。
2.一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1所述方法的步骤。
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