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专利号: 2023106125029
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于集合计算观测资料对数值天气预报影响的方法,其特征在于,包括:获取第一时刻的集合预报数据,从第一时刻进行预报,得到第二时刻未资料同化的预报场,基于观测资料,对第二时刻未资料同化的预报场进行资料同化,得到第二时刻已资料同化的分析场;

从第二时刻分别基于未资料同化的预报场和已资料同化的分析场进行预报,得到第三时刻未资料同化的预报场和已资料同化的预报场,分别从中提取模式空间的状态变量数据;

基于模式空间的状态变量数据,计算第三时刻未资料同化的预报场状态变量数据与第三时刻实际值状态变量数据之间的偏差值,以及第三时刻已资料同化的预报场状态变量数据与第三时刻实际值状态变量数据之间的偏差值;

计算在资料同化过程中,将模式空间中的未资料同化的预报场中的状态变量,插值映射至对应的观测空间的状态变量,得到观测映射值;

计算局地化矩阵,结合计算得到的偏差值和观测映射值,并行计算观测资料对数值天气预报的影响数值。

2.根据权利要求1所述的基于集合计算观测资料对数值天气预报影响的方法,其特征在于,所述计算第三时刻未资料同化的预报场状态变量数据与第三时刻实际值状态变量数据之间的偏差值,包括:计算第三时刻未资料同化的预报场状态变量数据平均值,与第三时刻实际值状态变量数据平均值之间的偏差值。

3.根据权利要求1所述的基于集合计算观测资料对数值天气预报影响的方法,其特征在于,所述以及第三时刻已资料同化的预报场状态变量数据与第三时刻实际值状态变量数据之间的偏差值,包括:计算第三时刻已资料同化的预报场状态变量数据平均值,与第三时刻实际值状态变量数据平均值之间的偏差值。

4.根据权利要求1所述的基于集合计算观测资料对数值天气预报影响的方法,其特征在于,包括:对于不同的观测资料,分别计算对应第二时刻已资料同化的分析场在观测空间的观测映射值和每个观测资料对应的局地化矩阵。

5.根据权利要求4所述的基于集合计算观测资料对数值天气预报影响的方法,其特征在于,所述局地化矩阵,采用如下公式计算:,

其中,ρ表示局地化矩阵,x和y分别表示模式空间格点的经度和维度, 和 分别表示观测空间格点的经度和维度,zρ表示垂直方向模式系数。

6.根据权利要求5所述的基于集合计算观测资料对数值天气预报影响的方法,其特征在于,所述并行计算观测资料对数值天气预报的影响数值,包括:采用如下公式计算不同的观测资料对数值天气预报的影响数值:

其中, 表示影响数值,N表示集合观测资料数, 表示第三时刻的已资料同化的预报场, 表示观测映射值,R表示观测误差矩阵,C表示误差度量矩阵, 表示第三时刻已资料同化的预报场状态变量数据与第三时刻实际值状态变量数据之间的偏差值,表示计算第三时刻未资料同化的预报场状态变量数据与第三时刻实际值状态变量数据之间的偏差值。

7.一种基于集合计算观测资料对数值天气预报影响的装置,其特征在于,包括:预报和资料同化单元、状态变量提取单元、偏差计算单元、映射单元和并行计算单元,其中:所述预报和资料同化单元,用于获取第一时刻的集合预报数据,从第一时刻进行预报,得到第二时刻未资料同化的预报场,基于观测资料,对第二时刻未资料同化的预报场进行资料同化,得到第二时刻已资料同化的分析场;

所述状态变量提取单元,用于从第二时刻分别基于未资料同化的预报场和已资料同化的分析场进行预报,得到第三时刻未资料同化的预报场和已资料同化的预报场,分别从中提取模式空间的状态变量数据;

所述偏差计算单元,用于基于模式空间的状态变量数据,计算第三时刻未资料同化的预报场状态变量数据与第三时刻实际值状态变量数据之间的偏差值,以及第三时刻已资料同化的预报场状态变量数据与第三时刻实际值状态变量数据之间的偏差值;

所述映射单元,用于计算在资料同化过程中,将模式空间中的未资料同化的预报场中的状态变量,插值映射至对应的观测空间的状态变量,得到观测映射值;

所述并行计算单元,用于计算局地化矩阵,结合计算得到的偏差值和观测映射值,并行计算观测资料对数值天气预报的影响数值。

8.根据权利要求7所述的基于集合计算观测资料对数值天气预报影响的装置,其特征在于,所述映射单元,用于对于不同的观测资料,计算对应第二时刻已资料同化的分析场在观测空间的观测映射值;所述并行计算单元,用于对于不同的观测资料,计算每个观测资料对应的局地化矩阵。

9.根据权利要求8所述的基于集合计算观测资料对数值天气预报影响的装置,其特征在于,所述并行计算单元,用于采用如下公式计算所述局地化矩阵:,

其中,ρ表示局地化矩阵,x和y分别表示模式空间格点的经度和维度, 和 分别表示观测空间格点的经度和维度,zρ表示垂直方向模式系数。

10.根据权利要求9所述的基于集合计算观测资料对数值天气预报影响的装置,其特征在于,所述并行计算单元,用于采用如下公式计算不同的观测资料对数值天气预报的影响数值:,

其中, 表示影响数值,N表示集合观测资料数, 表示第三时刻的已资料同化的预报场, 表示观测映射值,R表示观测误差矩阵,C表示误差度量矩阵, 表示第三时刻已资料同化的预报场状态变量数据与第三时刻实际值状态变量数据之间的偏差值,表示计算第三时刻未资料同化的预报场状态变量数据与第三时刻实际值状态变量数据之间的偏差值。