技术领域
[0001] 本发明涉及气象预测技术领域，具体的，涉及一种基于高度场的暴雨相似天气检索方法。
相关背景技术
[0002] 随着时代的发展，科学技术水平不断提高，气象预报手段日益丰富，预报准确率持续提高。而我国幅员辽阔，地貌多样，这就造成了我国的天气变化多，例如暴雨灾害事件给经济社会和生产生活造成极大影响，为最大程度降低暴雨的危害，需要提前做好预防工作，这就给气象预报服务提出新的更高要求。
具体实施方式
[0045] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
[0046] 如图1所示，为本实施例暴雨相似天气检索方法流程图，具体包括：
[0047] 第一步：对历史资料数据进行预处理
[0048] (1)根据预报的地理位置，在数据库资料中选择参与相似比对的有效数据，作为历史天气数据，历史天气数据可以选择与待预报区域经度和纬度相近的暴雨天气数据。
[0049] (2)对数据库中的资料进行完善，包括各种气象要素格式的统一，以及各站点缺失值的处理。
[0050] 第二步：获得待预报区域的当前实时天气的格点数据，对当前实时天气的格点数据进行提取、分割处理，得到当前实时天气的多个低压涡。
[0051] (1)对高度场数据进行提取、分割处理，将高度场数据相同的格点归类为其中Vi为拔高值，g(Xi,Yi)为拔高值为Vi的所有点的经纬度坐标集；
[0052] (2)任选一个格点作为初始锚点，筛选出该初始锚点邻域内的格点；依次以筛选出的格点作为新锚点，筛选新锚点邻域内的格点，直到遍历所有可作为锚点的格点，将筛选出的格点作为一个邻域集合；重复上述步骤，得到多个邻域集合；筛选出可构成闭合曲线的邻域集合，得到N个互不相交的子集Gn，N个互不相交的子集Gn组成第一曲线集合 (Gvor,Vi)＝{{＜g1＞,＜g2＞,…,＜gN＞},Vi}，其中n＝1,2,3,…,N；
[0053] 若len|Gn|≥3，且Gn中至少3个点不在同一条直线上，则证明该集合中的点可构成一个闭合曲线，构成的集合为：
[0054] (Gvor,Vi)＝{{＜g1＞,＜g2＞,…,＜gN＞},Vi}。
[0055] (3)对于第一曲线集合中任一闭合曲线，向该闭合曲线叠加流场矢量数据，判断该闭合曲线是否具有气旋条件，判断方法为：对于闭合曲线上的任意两个点，若这两个点的流场矢量外积为正，则判断该高空涡具有气旋条件，反之则为反气旋条件。其中矢量外积的定义为：对于两个向量 和 其矢量外积写作 矢量外积的结果还是一个向量，其模长和方向分别为：
[0056] 模长： 即 的长度在数值上等于以 夹角为θ组成的平行四边形的面积。
[0057] 方向：的方向垂直于 与 所决定的平面，的指向按右手法则从 转向 来确定。将(Gvor,Vi)＝{{＜g1＞,＜g2＞,…,＜gN＞},Vi}中具有气旋条件的点筛选出，构成第二曲线集合，记做(Glow_vor,Vi)＝{{＜g1＞,＜g2＞,…,＜gM＞},Vi}。
[0058] (4)判断低压涡是单条闭合曲线还是多条闭合曲线。针对任意的两个第二闭合曲线集合 且Vi＜Vj，对 中的某一条闭合曲
线p若完全包含于 中的某一条闭合曲线q，则该低压涡是多条闭合曲线，判
定方法为：
[0059]
[0060] 本实施例中，还要继续判断闭合曲线q是否包含于另一闭合曲线u，依次类推，得到有包含关系的多条闭合曲线。如图2所示，为两条闭合曲线组成的低压涡示例，图3为四条闭合曲线组成的低压涡示例。
[0061] 根据上述方法，可将低压涡定义为：
[0062] Gpre＝{(xin_min,xin_max,yin_min,yin_max,Vin),(xout_min,xout_max,yout_min,yout_max,Vout)}[0063] 其中，xin_min为该低压涡最内圈的最小经度坐标、xin_max为该低压涡最内圈的最大经度坐标、yin_min为该低压涡最内圈最小纬度坐标、yin_max为该低压涡最内圈的最大纬度坐标、Vin为该低压涡最内圈的高度场数据；
[0064] xout_min为该低压涡最外圈最小经度坐标、xout_max为该低压涡最外圈最大纬度坐标、yout_min为该低压涡最外圈最小纬度坐标、yout_max为该低压涡最外圈最大纬度坐标、Vout为该低压涡最外圈的高度场数据；若低压涡为单条闭合曲线，保存该低压涡为Gpre＝{xmin,xmax,ymin,ymax,Vi}
[0065] 其中，xmin为该条曲线的最小经度、xmax为该条曲线的最大经度、ymin为该条曲线的最小纬度、ymax为该条曲线的最大纬度。
[0066] 第三步：高度场低压涡的相似性度量方法
[0067] 根据影响低压涡相似度的特征，设计相似性度量方法。本实施例选择低压涡特征为：位置、高度场数据、强度差。具体定义为：
[0068] 位置P：低压涡最内圈外接矩形的中心；
[0069] 高度场数据V；最内圈等压线的高度场数据；
[0070] 强度差C：最外圈高度场数据与最内圈高度场数据的强度差，若为单条闭合曲线，则不比较该特征。
[0071] 计算当前实时天气的多个低压涡与每一历史天气的低压涡的相似度，得到多个历史天气的相似度，具体包括：
[0072] (1)对当前实时天气的任一低压涡
[0073] Gpre＝{(xin_min,xin_max,yin_min,yin_max,Vin),(xout_min,xout_max,yout_min,yout_max,Vout)}，提取该低压涡的位置特征P、高度场特征V和强度差C特征，构成低压涡特征集合Gpre_fea＝{P,V,C}；其中，在该低压涡为多条闭合曲线时，
[0074]
[0075] V＝Vin
[0076] C＝Vout‑Vin
[0077] 在该低压涡为单条闭合曲线时，
[0078]
[0079] (2)计算当前实时天气的多个低压涡特征集合与每一历史天气的多个低压涡特征集合的相似度，得到多个历史天气的相似度；任一历史天气h的相似度计算过程包括：将当前实时天气的多个低压涡特征集合的相似度分量进行加权计算，得到任一历史天气h的相似度；其中，相似度分量的计算过程包括：
[0080] 分别计算该低压涡特征集合与历史天气h的每一低压涡特征集合的相似度候选值，得到多个相似度候选值，选择其中最大的相似度候选值作为该低压涡特征集合的相似度分量；任一相似度候选值的计算过程包括：
[0081] 设定当前实时天气的第k个低压涡特征集合为Gpre_fea_k＝{Pk,Vk,Ck}，任一历史天气h 的第m个低压涡特征集合为Gpre_fea_hm＝{Phm,Vhm,Chm}；首先比较两个低压涡特征集合的纬度差，若纬度差在10°以上，则计算两个低压涡特征集合的相似度候选值为：
[0082] S＝γpSp+γVSV+γCSC
[0083] 其中，
[0084]
[0085] 其中，coe可以根据实际需要调节，本实施例中coe＝20。
[0086] 第四步：计算结果
[0087] 根据相似性度量方法，可计算出当前天气与所有历史天气的相似度，根据相似度大小从高到低排列。
[0088] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
