技术领域
[0001] 本发明涉及气象研究领域，具体涉及一种热带气旋非对称降水的预报检验方法及系统。
相关背景技术
[0002] 热带气旋是发生在热带或副热带洋面上的低压涡旋，是世界上最具破坏性的自然灾害之一，其中降水是热带气旋最主要的致灾因子之一，可能会引发极具破坏性的灾害，准确预测何处会遭受强降水对防灾减灾具有重要意义。目前热带气旋降水预报的准确性和精细化水平远不能满足实际需求，预报水平亟待提高，而对预报进行检验从而清楚地认识预报是否能较好地反映观测的降水分布特征、有哪些不足之处，是使用和改进预报的前提。
[0003] 在观测中，热带气旋降水并不是围绕着中心轴对称分布的，而是具有一定的非对称性的。以往研究表明，不同情况下，热带气旋降水的非对称性强度有所不同，比如热带气旋强度更强时，热带气旋降水的非对称性更弱。一些研究对热带气旋非对称降水的影响因素进行了探索，表明环境垂直风切变是影响热带气旋降水非对称分布的重要因素，在北半球，热带气旋降水往往集中在环境垂直风切的顺风切前侧或左前侧。热带气旋降水的非对称性给预报带来了相当大的挑战，过去受到热带气旋降水预报水平的限制，对这些降水的精细结构的检验没有受到足够重视，随着预报水平的提升，预报能否较好地预报出热带气旋降水的非对称性强弱以及非对称降水的分布具有越来越重要的意义。
[0004] 目前对于热带气旋非对称降水的预报检验方法较少。现有技术中有采用对比观测和预报相对与环境垂直风切变降水量的合成分布来进行检验。不过，由于受热带气旋强度的影响较大，降水量不能很好地反映降水的非对称分布特征。此外，该方法是定性的检验，缺少定量检验。为了更好地评估预报对热带气旋非对称降水的预报能力，有必要发展新的方法，使用新的指标来检验非对称降水预报。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图和具体实施案例对本发明的技术方案展开详细具体的说明。
[0030] 如图1所示，在本发明的一实施例中，提供了一种热带气旋非对称降水的预报检验方法，该方法包括下述步骤：
[0031] 步骤一、获取观测和预报热带气旋资料，计算平均观测和预报热带气旋位置；
[0032] 步骤二、提取观测和预报降水场中的热带气旋降水；
[0033] 步骤三、计算观测和预报降水的相对非对称降水；
[0034] 步骤四、计算观测和预报降水的降水非对称性指数；
[0035] 步骤五、计算观测和预报降水重心所在半径和方位角；
[0036] 步骤六、将相对非对称降水场转换到目标方向坐标系；
[0037] 步骤七、计算预报误差。
[0038] 具体的，在步骤一中，待检验时间段可以选取为3h；获取待检验时段内的观测和预报热带气旋资料的方法包括：资料包括观测和预报热带气旋位置以及格点3h累积降水资料；其中
[0039] 观测热带气旋位置可从热带气旋最佳路径资料IBTrACS(International Best Track Archive for Climate Stewardship)获得，其时间分辨率为3h，网址为https://climatedataguide.ucar.edu/climate‑data/ibtracs‑tropical‑cyclone‑best‑track‑data；
[0040] 观测格点降水资料可从全球降水观测计划(Global Precipitation Measurement ,GPM)获得；其时间分辨率为30min，网址为https://giovanni.gsfc.nasa.gov/giovanni/，从该网站中可以直接输出给定时间段的累积降水资料；
[0041] 预报的热带气旋位置可以使用涡旋追踪程序GFDL Vortex Tracker对模式预报结果进行处理获得，该程序的网址为
[0042] https://dtcenter.org/community‑code/gfdl‑vortex‑tracker；
[0043] 预报格点降水资料为所需检验的模式预报中的3h累积降水预报；
[0044] 进一步的，在步骤一中，计算平均观测和预报热带气旋位置的方法包括：将3h累积降水时段开始时间和结束时间的热带气旋位置进行平均，将平均热带气旋位置作为该时段的热带气旋中心。
[0045] 在步骤二中，提取观测和预报降水场中的热带气旋降水的方法包括：
[0046] 选取半径为500km的圆形区域对热带气旋降水进行分离；当然在其他实施例中，也可以根据需求选择其他半径或使用其他热带气旋降水分离方法进行降水分离；本实施例中以半径500km为预设半径大小，分别以观测和预报的热带气旋中心为圆心、500km为半径做圆，若格点与热带气旋中心距离不超过500km半径，则保留该格点上的降水，否则设为缺测值。
[0047] 在步骤三中，计算观测和预报降水的相对非对称降水的方法包括：
[0048] 对观测和预报降水场分别构建从热带气旋中心向外500km范围内围绕中心的宽10km的圆环；当然，在其他实施例中，预设宽度也可以是其他大小；
[0049] 对于每一个格点上的降水Ri，可以将其看作轴对称降水 和非对称降水Ra的叠加，即：
[0050]
[0051] 其中，轴对称降水 为该格点所在圆环内所有格点降水量的平均值；定义该格点上的相对非对称降水Rr为非对称降水Ra与轴对称降水 的比值。
[0052] 在步骤四中，计算观测和预报降水的降水非对称性指数的方法包括：
[0053] 定义一个圆环的降水非对称性A为：
[0054]
[0055] 其中n为圆环中的格点数量；
[0056] 整个降水场的非对称性指数A_index为所有圆环非对称性A的平均值，A_index值越高表示降水越不对称。
[0057] 在步骤五中，计算观测和预报降水重心所在半径和方位角的方法包括：
[0058] 首先找出降水重心所在经纬度，计算方法为：
[0059]
[0060] 其中lati、loni和Ri分别表示格点i的纬度、经度和降水量；
[0061] 计算降水重心到热带气旋中心的距离，即为重心所在半径；此处使用降水重心的经纬度和热带气旋中心经纬度计算两点之间的大圆距离，以km为单位，优选的，可以使用NCL或MATLAB等语言中已有的程序进行计算；
[0062] 计算降水重心以目标方向(例如正北方向、热带气旋移向和环境垂直风切变方向等)为主轴的坐标方位角，即为重心所在方位角；其中，方位角是以热带气旋中心为原点，以目标方向为坐标主轴，从坐标主轴顺时针方向旋转，过重心所在格点和热带气旋中心的直线与主轴间的夹角，夹角范围为[0°,360°)；此处使用降水重心的经纬度和热带气旋中心经纬度计算夹角，优选的，可以使用NCL或MATLAB等语言中已有的程序进行计算。
[0063] 由于不同样本间目标方向有可能不同，比如热带气旋移向、环境垂直风切变方向不同，需要将相对非对称降水场转换到目标方向坐标系。
[0064] 在步骤六中，将相对非对称降水场转换到目标方向坐标系的方法具体包括：
[0065] 以热带气旋中心为原点，以目标方向为主坐标轴，建立原点500km范围内的分辨率为10km×10km的网格，使用最邻近插值法将相对非对称降水插值到该网格上。这样在输出相对非对称降水分布图进行比较时，目标方向均指向同一方向，便于主观定性分析。当然，在其他实施例中，预设半径大小和网格分辨率也可以是其他大小。
[0066] 在步骤七中，计算预报误差的方法包括如下方法中的一种或多种：
[0067] 计算相对非对称降水误差：在目标方向坐标系中，将每一个格点上的预报与观测的相对非对称降水相减，得到格点上的相对非对称降水误差；
[0068] 计算相对非对称降水误差指数：相对非对称降水误差指数为降水场所有格点相对非对称降水误差绝对值的平均值；
[0069] 计算降水重心的距离误差：降水重心的距离误差为预报和观测降水重心所在半径的差，若预报位置更靠近热带气旋中心，则距离误差为负；
[0070] 计算降水重心的角度误差：原点指向预报和观测降水重心位置向量的夹角为重心的角度误差，若预报位置在观测位置的左手一侧，则在夹角前添加负号；
[0071] 计算非对称性误差：非对称性误差为预报与观测的非对称性指数A_index之差。
[0072] 在上述实施例的基础上，本申请的一实施例提供了热带气旋非对称降水的预报检验系统，包括：
[0073] 热带气旋位置计算模块，用于计算平均观测和预报热带气旋位置；
[0074] 热带气旋降水提取模块，用于提取观测和预报降水场中的热带气旋降水；
[0075] 相对非对称降水计算模块，用于计算观测和预报降水的相对非对称降水；
[0076] 降水非对称性指数计算模块，用于计算观测和预报降水的降水非对称性指数；
[0077] 降水重心计算模块，用于计算观测和预报降水重心所在半径和方位角；
[0078] 转换模块，用于将相对非对称降水场转换到目标方向坐标系；
[0079] 预报误差计算模块，用于计算预报误差。
[0080] 在本实施例中，各模块的工作方法参见上述实施例，在此不再赘述。
[0081] 在上述实施例的基础上，本申请的一实施例提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器；所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器执行所述存储器中的计算机程序，以实现如上所述的热带气旋非对称降水的预报检验方法。
