CN113094653A - 一种重建大气温度轮廓线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大气探测技术领域，提供一种重建大气温度廓线的方法，包括：获取指定地区的地面大气温度测量值和该地区的海拔高度值，以及该地区大气温度廓线历史统计值；根据所述指定地区的海拔高度值，确定该地区的地面大气温度历史统计值；根据所述地面大气温度测量值与所述地面大气温度历史统计值的偏移率，确定所述大气温度廓线历史统计值中每个大气分层的大气温度历史统计值偏移率；基于所述大气温度廓线历史统计值中每个大气分层的大气温度历史统计值偏移率，对大气温度廓线历史统计值进行校正，以重建大气温度廓线，重建后的大气温度廓线与实际的大气条件更为相符。

Description

一种重建大气温度轮廓线的方法

技术领域

本发明涉及大气探测技术领域，尤其涉及一种重建大气温度轮廓 线的方法。

背景技术

大气温度廓线是大气探测的基础参数，描述了大气不同高度处的空气温度，它是进行天气预报、气候分析、气象科学研究、大气光学特性研究等领域的基础。一般利用气象卫星、雷达、微波辐射计等设备可以进行大气温度廓线探测。

目前，可以获取基于卫星的大气廓线，也可以获取基于地基探测的大气廓线，且已形成了不同来源的大气廓线历史统计值。不管采用哪种探测手段，获取大气温度廓线的运行成本高，需要复杂的安装和运行条件，并且空间覆盖和时间覆盖较差。对于基于卫星的大气廓线来说，空间覆盖约为几百公里，时间覆盖一般为一日两次，对于地基探测来说，也只能获取固定站点的大气廓线。大气温度廓线的实时测量方式，很大情况下难以满足对大气温度廓线的需求，而大气温度廓线的历史统计值表征了大气温度廓线的平均特征，与实际大气状况相比，存在一定的差异，数据的后续应用存在一定误差，因此获取更符合实际大气状况的大气温度廓线是非常有必要的。

因此，针对以上不足，需要提供一种能够获得更符合实际大气状况的重建大气温度廓线的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的缺陷，提供一 种重建大气温度轮廓线的方法，能够利用实测的地面空气温度数据和 大气温度廓线历史统计数据重建大气温度廓线，重建后的大气温度廓 线与实际的大气条件更为相符。

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的缺陷，提供一种重建大气温度廓线的方法，能够利用实测的地面空气温度数据和大气温度廓线历史统计数据重建大气温度廓线，重建后的大气温度廓线与实际的大气条件更为相符。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种重建大气温度廓线的方法，包括：

获取指定地区的地面大气温度测量值和该地区的海拔高度值，以及该地区大气温度廓线历史统计值，其中，所述大气温度廓线历史统计值包括：多个不同位势高度对应的大气分层的大气温度历史统计值；

根据所述指定地区的海拔高度值，在所述该地区大气温度廓线历史统计值中，确定该地区的地面大气温度历史统计值；

根据所述地面大气温度测量值与所述地面大气温度历史统计值的偏移率，确定所述大气温度廓线历史统计值中每个大气分层的大气温度历史统计值偏移率；

基于所述大气温度廓线历史统计值中每个大气分层的大气温度历史统计值偏移率，对大气温度廓线历史统计值进行校正，以重建大气温度廓线。

进一步的，所述确定大气温度廓线历史统计值中每个大气分层的大气温度历史统计值偏移率的步骤中包括：

在所述大气温度廓线历史统计值中，任一指定位势高度的大气分层的大气温度历史统计值偏移率，小于位势高度低于该指定位势高度的大气分层的大气温度历史统计值偏移率。

可选的，通过下述表达式确定所述大气温度廓线历史统计值中每个大气分层的大气温度历史统计值偏移率f(i)：

其中，大气温度廓线历史统计值为T_m(i)，(i＝1，2，…，n)，其中i为大气分层编号，大气分层总层数为n，i和n为正整数，第i层对应的位势高度值为h(i)，h_surf为所述指定地区的海拔高度值，h(i_th)为预设的大气温度廓线的重建高度阈值，i_th为该高度阈值对应的大气分层编号，且i_th＜n，

为所述地面大气温度测量值与所述地面大气温度历史统计值的偏移率。

可选的，通过下述表达式确定所述地面大气温度测量值与所述地面大气温度历史统计值的偏移率

其中，T_{m_surf}为所述地面大气温度历史统计值，t_surf为所述地面大气温度测量值。

进一步的，所述根据指定地区的海拔高度值，在所述该地区大气温度廓线历史统计值中，确定该地区的地面大气温度历史统计值的步骤包括：

确定所述大气温度廓线历史统计值中是否存在位势高度与所述指定地区的海拔高度值相同的大气分层；

若存在，则确定该大气分层的大气温度历史统计值为所述该指定地区的地面大气温度历史统计值；

若不存在，则根据所述指定地区的海拔高度值，对所述大气温度廓线历史统计值进行大气温度插值，确定该大气温度插值为所述该指定地区的地面大气温度历史统计值。

可选的，所述对大气温度廓线历史统计值进行大气温度插值的步骤包括：

当所述指定地区的海拔高度低于大气温度廓线历史统计值中位势高度最低的大气分层时，确定大气温度插值T_{m_surf}＝h_m(0)；

当所述指定地区的海拔高度高于大气温度廓线历史统计值中位势高度最低的大气分层时，通过下述表达式确定大气温度插值T_{m_surf}：

其中，大气温度廓线历史统计值为T_m(i)，(i＝1，2，…，n)，其中i为大气分层编号，大气分层总层数为n，i和n为正整数，第i层对应的位势高度为h_m(i)，h_surf为所述指定地区的海拔高度值，令与h_surf相接近的两个位势高度为h(i)和h(i+1)。

可选的，通过下述表达式对大气温度廓线历史统计值进行校正：

T(i)＝T_m(i)[1-f(i)]；

其中，大气温度廓线历史统计值为T_m(i)，(i＝1，2，…，n)，其中i为大气分层编号，大气分层总层数为n，i和n为正整数，T(i)为重建后的编号为i的大气分层的大气温度统计值，f(i)为所述大气温度廓线历史统计值中编号为i的大气分层的大气温度历史统计值偏移率，i＜n。

本发明实施例提供的重建大气温度廓线的方法，根据实测地面空气温度和大气廓线历史统计值给出了大气温度偏移量。并依据该偏移量，推算出每层大气温度统计值的偏移率。进而利用每层大气温度统计值的偏移率，实现了每层大气温度重建，构建了基于实测地面空气温度的大气温度廓线。构建得到的大气温度廓线相对于大气温度廓线历史统计值，能够更准确的反应实际的大气状况。其中，利用线性插值方法，有效解决大气廓线历史统计值中可能没有实测地面位势高度的温度历史数据的问题，具有很好的泛用性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的重建大气温度廓线的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的重建大气温度廓线的方法，包括下述步骤S1至S4。

在步骤S1中，获取指定地区的地面大气温度测量值和该地区的海拔高度值，以及该地区大气温度廓线历史统计值，其中，大气温度廓线历史统计值包括：多个不同位势高度对应的大气分层的大气温度历史统计值。地面大气温度测量值可以选择近地面高度(例如距离地面 1m高度)的大气温度测量值。

在本发明实施例中，大气温度廓线历史统计值记为T_m(i)，(i＝ 1，2，…，n)，其中i为大气分层编号，大气分层总层数为n，i和n为正整数，第i层对应的位势高度为h_m(i)。

在步骤S2中，根据指定地区的海拔高度值，在该地区大气温度廓线历史统计值中，确定该地区的地面大气温度历史统计值。为了执行后续步骤S3，在本步骤总需获取该地区的地面大气温度历史统计值，但是由于大气温度廓线历史统计值T_m(i)并不一定是对该指定区域测量获取的，所以该地区的海拔高度与大气温度廓线历史统计值中大气分层中位势高度的最小值并不一定一致，针对这个问题，在本实施例中采用下述方法确定该地区的地面大气温度历史统计值。

首先，确定大气温度廓线历史统计值中是否存在位势高度与指定地区的海拔高度值相同的大气分层，若存在，则确定该大气分层的大气温度历史统计值为该指定地区的地面大气温度历史统计值。

若不存在，则需要对大气温度廓线进行插值，获取与指定地区海拔相同时的大气空气温度。即根据指定地区的海拔高度值，对大气温度廓线历史统计值进行大气温度插值，确定该大气温度插值为该指定地区的地面大气温度历史统计值。

在本实施例中，由于近地面大气温度与位势高度呈现线性关系，因此，对大气温度廓线历史统计值采用线性差值。

当指定地区的海拔高度低于大气温度廓线历史统计值中位势高度最低的大气分层时，即h_surf小于h_m(i)，(i＝1，2，…，n)中的最小值，确定大气温度插值T_{m_surf}＝h_m(0)。

当指定地区的海拔高度高于大气温度廓线历史统计值中位势高度最低的大气分层时，通过下述表达式确定大气温度插值T_{m_surf}：

其中，h_surf为指定地区的海拔高度值，令与h_surf相接近的两个位势高度为h(i)和h(i+1)，即h_surf介于h(i)和h(i+1)之间。

在步骤S3中，根据地面大气温度测量值与地面大气温度历史统计值的偏移率，确定大气温度廓线历史统计值中每个大气分层的大气温度历史统计值偏移率。本发明以地面大气温度历史统计值的偏移率为依据，计算每个大气分层的大气温度历史统计值偏移率，在大气温度廓线历史统计值中，任一指定位势高度的大气分层的大气温度历史统计值偏移率，小于位势高度低于该指定位势高度的大气分层的大气温度历史统计值偏移率，也就是说，距离地面位势高度越高，相应大气分层的大气温度历史统计值偏移率就越低，距离地面位势高度越低，相应大气分层的大气温度历史统计值偏移率就越高，最高即为地面大气温度历史统计值的偏移率。

在本发明实施例中，通过下述表达式计算地面大气温度测量值与地面大气温度历史统计值的偏移率

其中，T_{m_surf}为地面大气温度历史统计值，t_surf为地面大气温度测量值。

进而，通过下述表达式确定大气温度廓线历史统计值中每个大气分层的大气温度历史统计值偏移率f(i)：

即

其中，h(i_th)为预设的大气温度廓线的重建高度阈值，i_th为该高度阈值对应的大气分层编号，且i_th＜n，

为地面大气温度测量值与地面大气温度历史统计值的偏移率。

进而在步骤S4中，基于大气温度廓线历史统计值中每个大气分层的大气温度历史统计值偏移率，对大气温度廓线历史统计值进行校正，以重建大气温度廓线。

在本实施例中，通过下述表达式对大气温度廓线历史统计值进行校正：

T(i)＝T_m(i)[1-f(i)]；

其中，T(i)为重建后的编号为i的大气分层的大气温度统计值，f(i) 为大气温度廓线历史统计值中编号为i的大气分层的大气温度历史统计值偏移率，i＜n。

综上所述，本发明实施例提供的重建大气温度廓线的方法，根据实测地面空气温度和大气廓线历史统计值给出了大气温度偏移量。并依据该偏移量，推算出每层大气温度统计值的偏移率。进而利用每层大气温度统计值的偏移率，实现了每层大气温度重建，构建了基于实测地面空气温度的大气温度廓线。构建得到的大气温度廓线相对于大气温度廓线历史统计值，能够更准确的反应实际的大气状况。其中，利用线性插值方法，有效解决大气廓线历史统计值中可能没有实测地面位势高度的温度历史数据的问题，具有很好的泛用性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种重建大气温度廓线的方法，其特征在于，包括：

获取指定地区的地面大气温度测量值和该地区的海拔高度值，以及该地区大气温度廓线历史统计值，其中，所述大气温度廓线历史统计值包括：多个不同位势高度对应的大气分层的大气温度历史统计值；

根据所述指定地区的海拔高度值，在所述该地区大气温度廓线历史统计值中，确定该地区的地面大气温度历史统计值；

根据所述地面大气温度测量值与所述地面大气温度历史统计值的偏移率，确定所述大气温度廓线历史统计值中每个大气分层的大气温度历史统计值偏移率；

基于所述大气温度廓线历史统计值中每个大气分层的大气温度历史统计值偏移率，对大气温度廓线历史统计值进行校正，以重建大气温度廓线。

2.根据权利要求1所述的重建大气温度廓线的方法，其特征在于，所述确定大气温度廓线历史统计值中每个大气分层的大气温度历史统计值偏移率的步骤中包括：

在所述大气温度廓线历史统计值中，任一指定位势高度的大气分层的大气温度历史统计值偏移率，小于位势高度低于该指定位势高度的大气分层的大气温度历史统计值偏移率。

3.根据权利要求2所述的重建大气温度廓线的方法，其特征在于，通过下述表达式确定所述大气温度廓线历史统计值中每个大气分层的大气温度历史统计值偏移率f(i)：

其中，大气温度廓线历史统计值为T_m(i)，(i＝1，2，…，n)，其中i为大气分层编号，大气分层总层数为n，i和n为正整数，第i层对应的位势高度值为h(i)，h_surf为所述指定地区的海拔高度值，h(i_th)为预设的大气温度廓线的重建高度阈值，i_th为该高度阈值对应的大气分层编号，且i_th＜n，

为所述地面大气温度测量值与所述地面大气温度历史统计值的偏移率。

4.根据权利要求3所述的重建大气温度廓线的方法，其特征在于，通过下述表达式确定所述地面大气温度测量值与所述地面大气温度历史统计值的偏移率

其中，T_{m_surf}为所述地面大气温度历史统计值，t_surf为所述地面大气温度测量值。

5.根据权利要求1所述的重建大气温度廓线的方法，其特征在于，所述根据指定地区的海拔高度值，在所述该地区大气温度廓线历史统计值中，确定该地区的地面大气温度历史统计值的步骤包括：

确定所述大气温度廓线历史统计值中是否存在位势高度与所述指定地区的海拔高度值相同的大气分层；

若存在，则确定该大气分层的大气温度历史统计值为所述该指定地区的地面大气温度历史统计值；

若不存在，则根据所述指定地区的海拔高度值，对所述大气温度廓线历史统计值进行大气温度插值，确定该大气温度插值为所述该指定地区的地面大气温度历史统计值。

6.根据权利要求5所述的重建大气温度廓线的方法，其特征在于，所述对大气温度廓线历史统计值进行大气温度插值的步骤包括：

当所述指定地区的海拔高度低于大气温度廓线历史统计值中位势高度最低的大气分层时，确定大气温度插值T_{m_surf}＝h_m(0)；

当所述指定地区的海拔高度高于大气温度廓线历史统计值中位势高度最低的大气分层时，通过下述表达式确定大气温度插值T_{m_surf}：

其中，大气温度廓线历史统计值为T_m(i)，(i＝1，2，…，n)，其中i为大气分层编号，大气分层总层数为n，i和n为正整数，第i层对应的位势高度为h_m(i)，h_surf为所述指定地区的海拔高度值，令与h_surf相接近的两个位势高度为h(i)和h(i+1)。

7.根据权利要求1所述的重建大气温度廓线的方法，其特征在于，通过下述表达式对大气温度廓线历史统计值进行校正：

T(i)＝T_m(i)[1-f(i)]；

其中，大气温度廓线历史统计值为T_m(i)，(i＝1，2，…，n)，其中i为大气分层编号，大气分层总层数为n，i和n为正整数，T(i)为重建后的编号为i的大气分层的大气温度统计值，f(i)为所述大气温度廓线历史统计值中编号为i的大气分层的大气温度历史统计值偏移率，i＜n。

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