技术领域
[0001] 本发明涉及气象模式评估技术领域，更具体地说，本发明涉及基于云降水观测资料的气象模式评估方法及系统。
相关背景技术
[0002] 气象模式在天气预报、气候预测、环境评估、农业生产等领域具有广泛的应用。它可以帮助人们更好地了解天气变化规律，预测未来的天气状况，为各种生产和生活活动提供科学依据；气象模式通常基于气象观测数据、数值模拟和理论分析等方法进行研究。通过对大量气象数据的统计分析，揭示出各种天气现象的变化规律和趋势。在数值模拟方面，气象模式通过求解一系列大气动力/热力方程和包含水汽、水凝物在内的方程，来模拟和预测天气变化。气象模式通过分析和预测降水量相关气象因子的数值，为用户提供未来某个时空尺度内降水等级发生的概率和降水发生时间的预测信息。这些信息对于制定防灾减灾措施、农业生产计划、交通规划等具有重要意义。
[0003] 但是其在实际使用时，仍旧存在较多缺点，如，由于气象系统的复杂性，降水的时空分布具有很高的不确定性，这给自然灾害的发生和预防带来了极大的挑战，现有技术存在缺少科学、客观的气象模式评估方法的问题。
具体实施方式
[0049] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0050] 同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
[0051] 以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
[0052] 对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0053] 实施例1
[0054] 本发明提供了如图1所示的基于云降水观测资料的气象模式评估方法，包括：
[0055] 预测结果存储：气象模式基于降水量相关气象因子的预测数值，输出预测时空尺度内的降水等级预测发生概率和预测降水发生时间；将气象模式的预测结果存储在数据库中；
[0056] 在本发明实施例中，将降水量划分为若干降水等级；用d表示降水量等级，fp表示降水量等级预测发生概率；例如，将降水量等级按照降水量从多到少的顺序划分为d1，d2，d3，d4，d5；降水等级预测发生概率包括(d1，fp1)、(d2，fp2)、(d3，fp3)、(d4，fp4)和(d5，fp5)；
[0057] 数据采集：通过地面气象站、雷达观测和卫星遥感收集在预测时空尺度中的云降水观测资料；从云降水观测资料提取实际降水发生时间、降水等级和降水量相关气象因子真实值；
[0058] 区域划分：将云降水观测资料按照地表区域面积、时间划分为若干区域；设划分为n个地表区域和m个时间区域，用i表示地表区域的编号，用j表示时间区域的编号；
[0059] 气象因子预测准确性分析，选择对降水有影响的大气参数标记为降水量相关气象因子，基于降水量相关气象因子的观测数值和预测数值，计算得到气象因子偏移指数；
[0060] 在本发明实施例中，所述大气参数包括大气温度、湿度、风速、风向、气压、水汽含量、垂直风切变、大气稳定度、雷达反射率因子、雷达速度和谱宽；
[0061] 气象模式评估环境判断：气象因子偏移指数Qy在预设范围内，生成气象模式评估指令；气象因子偏移指数Qy不在预设范围内，表明气象模式运行异常，不生成气象模式评估指令；
[0062] 气象模式预测性能分析：执行气象模式评估指令，量化评估气象模式在云降水预测方面的性能，通过预测概率准确性分析模型，输出预测概率时空可靠性指数；通过预测时间准确性分析模型，输出预测时间可靠性指数；通过异常区域分布模型，输出异常分布均匀指数；
[0063] 气象模式性能综合评估：联合分析预测概率时空可靠性指数YP、预测时间可靠性指数YT和异常分布均匀指数FJ，得到气象模式的性能综合评估系数。
[0064] 在本发明实施例中需要进一步进行解释的是，所述气象因子偏移指数Qy的获取方式为：
[0065] 设获取降水量相关气象因子的数量为k个，用s表示降水量相关气象因子的编号，将第s个降水量相关气象因子记为Qs；
[0066] 利用皮尔逊相关系数获取第s个降水量相关气象因子与降水量的线性系数，利用随机森林获取第s个降水量相关气象因子与降水量的非线性系数，将第s个降水量相关气象因子的线性系数和非线性系数分别记为ps，qs；将第s个降水量相关气象因子对降水量的影qs响系数记为psQs ；
[0067] 将第s个降水量相关气象因子的观测数值记为Q观，将第s个降水量相关气象因子的预测数值记为Q预；
[0068] 通过如下公式计算得到气象因子偏移指数Qy：
[0069] 其中Form表示线性归一化函数。
[0070] 在本发明实施例中需要进一步进行解释的是，所述预测概率准确性分析模型的运行过程包括下列步骤：
[0071] 从云降水观测资料中获取第i个地表区域在第j个时间区域中的实际降水量等级，从数据库中查询得到第i个地表区域在第j个时间区域中降水量等级预测发生概率yp_ij；
[0072] 获取第i个地表区域在第j个时间区域中的预测降水量，记为YL_ij，通过公式计算得到第i个地表区域在第j个时间区域的第一权重系数qaij；
[0073] 通过公式 计算得到空间预测概率准确性指数，Ybi表示第i个地表区域的空间预测准确性指数；
[0074] 从云降水观测资料中获取第j个时间区域第i个地表区域的实际降水量等级，从数据库中查询得到第j个时间区域第i个地表区域中降水量等级预测发生概率yp_ij；
[0075] 通过公式 计算得到时间预测概率准确性指数；Ytj表示第j个时间区域的时间预测概率准确性指数；
[0076] 通过公式 计算得到预测概率时空可靠性指数YP。
[0077] 在本发明实施例中需要进一步进行解释的是，所述预测时间准确性分析模型的运行过程包括下列步骤：
[0078] 从云降水观测资料中获取第i个地表区域在第j个时间区域中的实际降水发生时间，记为st_ij，从数据库中查询得到第i个地表区域在第j个时间区域中的预测降水发生时间，记为yt_ij；
[0079] 获取第i个地表区域在第j个时间区域中的实际降水量，记为SL_ij，通过公式计算得到第i个地表区域在第j个时间区域的第二权重系数qbij；
[0080] 通过公式 计算得到预测时间可靠性指数YT。
[0081] 在本发明实施例中需要进一步进行解释的是，所述异常区域分布模型的运行过程包括下列步骤：
[0082] 设置降水等级预测发生概率和预测降水发生时间的误差范围，筛选得到异常区域；
[0083] 获取第i个地表区域第j个时间区域的异常概率，记为yc_ij；通过公式计算得到平均异常概率yc_avg；
[0084] 用每个区域的异常概率与平均异常概率的比值表示分布系数，通过公式计算每个区域的分布系数fb_ij；通过公式计算得到异常分布均匀指数FJ，异常分布均匀指数越小，说明分布系数越均匀。
[0085] 在本发明实施例中需要进一步进行解释的是，基于气象因子偏移指数Qy对预测概率时空可靠性指数修正，通过公式YP"＝YP*log2(1+Qy)得到修正后的预测概率时空可靠性Qy指数YP"；基于气象因子偏移指数Qy对预测时间可靠性指数修正，通过公式YT"＝YT*e 得到修正后的预测时间可靠性指数YT"，通过公式 计算得到性能综合评估系数
Ynx。
[0086] 在本发明实施例中需要进一步进行解释的是，基于云降水观测资料的气象模式评估方法包括监测预警：基于预测概率时空可靠性指数YP、预测时间可靠性指数YT和异常分布均匀指数FJ和对应预设值的关系，采取措施；当预测概率时空可靠性指数YP低于预设值，表明需要优化预测概率模型，提高降水等级预测的准确性；若YT低于预设值，表明需要改进预测时间模型，提高降水发生时间预测的准确性；若FJ低于预设值，表明需要排查异常区域地表环境对降水等级预测发生概率和预测降水发生时间的影响，提高气象模式对不同地表环境的适应性。
[0087] 实施例2
[0088] 本发明实施例提供基于云降水观测资料的气象模式评估系统，包括：
[0089] 预测结果存储模块，气象模式基于降水量相关气象因子的预测数值，输出预测时空尺度内的降水等级预测发生概率(d，fp)和预测降水发生时间，将预测结果存储在数据库中；
[0090] 数据采集模块，通过地面气象站、雷达观测和卫星遥感收集在预测时空尺度中的云降水观测资料；从云降水观测资料提取实际降水发生时间、降水等级和降水量相关气象因子真实值；
[0091] 区域划分模块，将云降水观测资料按照地表区域面积、时间划分为若干区域；设划分为n个地表区域和m个时间区域，用i表示地表区域的编号，用j表示时间区域的编号；
[0092] 气象因子预测准确性分析模块，选择对降水有影响的大气参数标记为降水量相关气象因子，基于降水量相关气象因子的观测数值和预测数值，计算得到气象因子偏移指数；
[0093] 气象模式评估环境判断模块，气象因子偏移指数Qy在预设范围内，生成气象模式评估指令；气象因子偏移指数Qy不在预设范围内，表明气象模式运行异常，不生成气象模式评估指令；
[0094] 气象模式预测性能分析模块，量化评估气象模式在云降水预测方面的性能，通过预测概率准确性分析模型，输出预测概率时空可靠性指数；通过预测时间准确性分析模型，输出预测时间可靠性指数；通过异常区域分布模型，输出异常分布均匀指数；
[0095] 气象模式性能综合评估模块，联合分析预测概率时空可靠性指数YP、预测时间可靠性指数YT和异常分布均匀指数FJ，得到气象模式的性能综合评估系数。
[0096] 在本发明实施例中需要进一步进行解释的是，所述基于云降水观测资料的气象模式评估系统还包括：数据质量管理模块，用于确保收集到的云降水观测资料具有广泛的覆盖区域和足够的时间范围，以获取全面和准确的评估结果；数据预处理模块，用于对收集到的云降水观测数据进行清洗，去除重复、缺失或异常值；进行数据格式标准化，确保云降水观测数据的一致性和可比性。
[0097] 最后：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，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。
