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专利号: 2025106079585
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:2026-01-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于多维偏差的区域气象要素预报误差评估方法,其特征在于,所述方法包括:获取目标地区近一个月的气象信息和卫星云图,作为原始信息;

获取原始信息对应的预测信息;分析原始信息和预测信息,判断预测信息中的误差是否在合理范围;若是,则不处理;若不是,则分析预测信息中气象因子随时间的变化,找出出现误差的气象因子,并修正;若无法修正,则获取目标地区近三年对应月份的气象信息作为历史信息;

根据历史信息提取近三年目标地区的温度和湿度数据,并分析目标地区温度和湿度的变化趋势,基于变化趋势重新构建线性模型预测目标地区的温度和湿度;根据历史信息对目标地区的风速进行矢量拆分,再基于三角函数建模预测目标地区的风力变化;统计目标地区的降雨和降雪频率,以温度、湿度、气压和其他气象条件作为判断条件,建立目标地区降水或降雪的分段概率模型,预测目标地区的天气;

所述判断预测信息中的误差是否在合理范围的具体步骤如下:预测数据表示:预测温度、预测湿度、预测风向和预测风速以及预测天气;

判断气象信息中数值信息的差异是否在ε以内,判断气象信息中文字信息的差异是否在ε以内;ε表示误差判定系数;

若气象信息与预测数据中的数值信息差异和文字信息差异,都在ε以内,则说明预测信息中的误差在合理范围内,跳过后续的步骤;

若气象信息与预测数据中的数值信息差异和文字信息差异,都不在ε以内,则说明预测信息不可信;

将近一个月的月份作为目标月,获取目标地区近三年在目标月内的气象信息作为历史信息,不执行后续的修正步骤;

若气象信息与预测数据中的数值信息差异在ε以内或文字信息差异在ε以内,则说明预测信息中的误差部分合理,分析预测信息中出现误差的气象因子,修正预测信息;

所述修正预测信息的具体步骤如下:若气象信息与预测数据中的数值信息差异在ε以内,则比较预测信息中的预测温度、预测湿度和预测风速与气象信息中的温度、湿度和风速之间的大小关系,找出预测信息中出现误差的气象因子,作为偏差因子;分析偏差因子的随时间的变化,修正预测信息;

气象信息与预测数据中的文字信息差异在ε以内,则分析预测信息中的预测风速和预测天气;

所述分析偏差因子的随时间的变化,修正预测信息的具体步骤如下:若偏差因子为温度,则以气象信息中的温度为基准,分析预测信息中的预测温度随温度的变化,修正预测信息中的温度错误;

若偏差因子为湿度,则重复修正预测信息中温度错误的相同步骤,修正预测信息中的湿度错误;

若偏差因子为风速,以气象信息中风向对预测信息中的预测风速进行矢量分解,得到近一个月第1至第mn天的横向预测风速hfv(1)~hfv(mn)和纵向预测风速zfv(1)~zfv(mn);

修正预测信息的预测横向风速和预测纵向风速。

2.根据权利要求1所述的基于多维偏差的区域气象要素预报误差评估方法,其特征在于,所述修正预测信息中的温度错误的具体步骤如下:将预测信息中近一个月的预测温度记作ft(1,1)~ft(mn,24),将原始信息中的温度记作pt(1,1)~pt(mn,24);

根据ft(1,1)~ft(mn,24)和pt(1,1)~pt(mn,24)计算卡尔曼增益Kk(1)~Kk(mn)和观测映射系数H(1)~H(mn);

计算Kk(1)~Kk(mn)的平均值aKk,H(1)~H(mn)的平均值aH;

根据ft(1,1)~ft(mn,24)和pt(1,1)~pt(mn,24)计算近一个月1时至2时的状态转移矩阵A(1,1‑2)~A(mn,1‑2);

同理,23时至24时的状态转移矩阵A(1,23‑24)~A(mn,23‑24);

计算A(1,1‑2)~A(mn,1‑2)的均值矩阵作为温度在1时至2时的变化矩阵aA(1‑2)同理,计算A(1,23‑24)~A(mn,23‑24)的均值矩阵作为温度在23时至24时的变化矩阵aA(23‑24);

设目标地区在ti时的实际温度为t(ti),设ti时和(ti+1)时的预估温度分别为ft(ti)和ft(ti+1);

设ti时至(ti+1)时的变化矩阵为aA(ti‑(ti+1)),修正后的(ti+1)时预估温度为amt(ti+1);

构造关系式A1:

根据关系式A1修正预测信息中的预测温度。

3.根据权利要求2所述的基于多维偏差的区域气象要素预报误差评估方法,其特征在于,所述Kk(1)和H(1)以及状态转移矩阵A(1,1‑2)~A(1,23‑24)的具体计算步骤如下:构造矩阵Mf(1‑2): ;

构造矩阵Mp(1‑2): ;

计算状态转移矩阵A(1,1‑2):;

计算矩阵Mf(1‑2)变为矩阵Mp(1‑2)的过程噪声矩阵wM(1‑2):;

计算观测映射系数H(1,1‑2):;

计算观测噪声的协方差RM(1‑2):;

计算过程噪声的协方差QM(1‑2):;

计算预测误差协方差Pk(1‑2):;

计算Kk(1,1‑2):

4.根据权利要求1所述的基于多维偏差的区域气象要素预报误差评估方法,其特征在于,所述修正预测信息中的预测横向风速的具体步骤如下:计算hv(1)~hv(mn)的平均值ahv;

计算近一个月第1至第mn天的白噪声et(1)~et(mn);

计算hfv(1)~hfv(mn)的一阶差分,得到▽hfv(2)~▽hfv(mn);

计算hv(1)~hv(mn)的一阶差分,得到▽hv(2)~▽hv(mn);

设日期为da,日期为da的横向风速的一阶差分为▽hv(da);

日期为(da+1)的预测横向风速的一阶差分为▽hfv(da+1),横向风速的一阶差分为▽hv(da+1);

日期为da的预测横向风速hfv(da),横向风速hv(da);

第da天的白噪声为et(da),第(da+1)天的白噪声为et(da+1);

构造关系式A2‑1:

φ表示自回归系数,θ表示滑动平均系数;

基于关系式A2‑1,使用最大似然估计算法,计算φ和θ;

构造关系式A2‑2:

α和β表示预测横向风速关于横向风速的关系系数;

ηt(da+1)表示第(da+1)天的残差项:;

基于关系式A2‑2,使用最大似然估计算法,计算α和β;

根据关系式A2‑1和关系式A2‑2修正预测信息中的横向预测风速。

5.根据权利要求1所述的基于多维偏差的区域气象要素预报误差评估方法,其特征在于,所述分析预测信息中的预测风速和预测天气的具体步骤:若预测信息中的预测风速与气象信息中的风速不匹配,则把横向预测风速记作uv,把纵向预测风速记作vv;

计算合风速wv: ;

计算风向角jv: ;

o o o o

若jv在0 ~90之间,则风向为西南风;若jv在90~180之间,则风向为东南风;若jv在o o o o

180~270之间,则风向为东北风;若jv在270~360之间,则风向为西北风;

若预测信息中的预测天气与气象信息中的天气不匹配,则接入多光谱融合算法,通过卫星获取目标地区对应云层的红外波段、可见波段以及短波红外波段的数据,使用GPM算法修正目标地区的天气。