【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气象分析，尤其涉及一种三维实况分析场构建方法、系统及存储介质。
技术介绍
1、超大城市局地对流发展迅猛，容易出现强对流天气从而导致冰雹、暴雨、雷电和大风等灾害发生。强对流天气的准确预报是当前气象领域研究的难点问题，为了实现对强对流天气的精细化预报，通常需要先做出准确的实况分析。通过实况分析来准确地描述大气系统的实时状态具有重要的科学和实用价值。
2、大气系统的初始条件是数值天气预报(nwp)的基础，它是通过数据同化(da)技术将现有的大气知识(通常以数值模式的形式)与观测数据相结合来估算的。数据同化(da)是在考虑数据时空分布和对模型、观测做出误差估计的基础上，在动态运行过程中融合新的观测数据的方法，最终目的是形成具有空间、时间和物理一致性的数据集。数据同化能够改善模型状态的估计精度并提高预测能力。同时，随着气象观测系统的发展，观测站网密度也逐年提高。三维空间里，风廓线雷达、激光雷达、微波辐射计以及风云4系列卫星的建设，也有效补充了观测空白区域。
3、随着数据同化(da)方法的长足进步和观测数据的增长，实况分析的精度也得到了大幅度提高。然而，现有实况分析产品/系统主要是基于主流业务模式的预报场作为背景场，利用数据融合技术制作实况分析场，存在如下缺陷：空间分辨率较低，三维空间探测不足，分析场精度难以满足某些重点关注区域的实况分析需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：克服现有技术的不足，提供了一种三维实况分析场构建方法、系统及存储介质。本
2、为实现上述目标，本专利技术提供了如下技术方案：
3、一种三维实况分析场构建方法，所述方法包括如下步骤：
4、获取目标区域的三维预报场数据，所述三维预报场的水平分辨率为初始水平分辨率；
5、对前述三维预报场进行降尺度处理后得到目标水平分辨率的背景场数据；所述目标水平分辨率的值小于初始水平分辨率的值，使得背景场的分辨率高于预报场；
6、接收多源观测资料，所述多源观测资料包括常规观测资料和遥感资料；
7、将前述多源观测资料融合到高分辨率的背景场数据中以对背景场进行修正处理和云分析，得到高分辨率的三维实况分析场；其中，采用逐步订正法将常规气象要素观测同化到背景场中以修正模式背景场，以及结合雷达反射率观测采用复杂云分析方法进行水物质相态分析和云内温湿场调整。
8、进一步，所述常规观测资料包括地面自动站、飞机报和探空站的实况观测数据；
9、所述遥感资料包括雷达反射率、风廓线雷达、fy4a反演温度廓线和地基微波辐射计温度廓线的实况观测数据。
10、进一步，通过bratseth逐步订正法将常规气象要素观测同化到背景场中，对于第n次迭代，对应的迭代表达式如下：
11、
12、其中，
13、n为迭代次数；
14、fin为格点i上的第n次迭代值；
15、为格点i上的第n-1次迭代值；
16、为格点i周围的第k个观测点的观测值；
17、nobs为格点总数；
18、为观测点k上的第n-1次估计值，该估计值通过格点插值获得；
19、α为权重系数，由观测误差方差、背景误差方差和格点到观测距离决定；αik为格点i周围的第k个观测点的观测值的权重系数。
20、进一步，在每一次迭代结束后，基于预设的平衡约束条件进行平衡调整；
21、以及，根据预设的迭代周期次数，在迭代次数达到前述迭代周期次数时，获取实况观测数据的更新信息，引入新的实况观测数据进行再次迭代。
22、进一步，所述水物质相态分析和云内温湿场调整的步骤如下：
23、三维格点云量计算：根据模式背景场相对湿度信息，采用预设的经验关系式计算出三维背景场云量，确定出三维背景场云量分布；然后，利用地面实况观测数据中的云观测数据对云底、云量及云的厚度进行修正；随后，使用模式网格化的雷达反射率观测数据进一步调整云量；
24、三维云场的构造和计算：根据前步骤得到的云底、云高和网格云量构造三维云场；完成三维云场的构造后，先进行云滴粒子质量浓度的估计以得到格点上的云水云冰含量，所述云滴粒子为云冰和云水之和；以及，结合湿球温度和雷达回波对降水类型进行分析，分析的降水类型包括雨、雪、冻雨、冰雨和冰雹；在降水类型确定后，根据雷达反射率观测数据，定量计算模式的降水粒子含量，得到降水粒子的三维分布；
25、模式温度和湿度场的调整：基于湿绝热或非绝热初始化方法，对模式温度和湿度场进行调整。
26、进一步，所述三维格点云量计算的具体步骤如下：
27、获取模式背景场相对湿度信息，根据所述模式背景场相对湿度信息采用如下经验关系式计算云量以得到三维背景场云量cf，
28、
29、其中，cf为云量，其取值从0到1.0；rh为模式背景场的相对湿度；rh0为一个随高度变化的相对湿度阈值；b为一个预设的经验常数；
30、然后，利用地面实况观测数据的云观测数据，通过barnes插值方法对云底、云量及云的厚度进行修正；若无地面有关云的观测数据，则不进行修正；
31、结合三维背景场云量和初始场的温度，计算出一个云顶亮温；
32、根据雷达反射率观测数据进一步调整云量值；其中，当格点的雷达反射率大于设定的阈值、且雷达回波位于云底以上时，设定该格点的云量值为1。
33、进一步，在进行三维云场的构造和计算时，配置有云水云冰计算单元、降水类型计算单元和降水粒子定量计算单元；
34、所述云水云冰计算被配置为：获取三维云场中各格点的网格云量，比对各格点的网格云量与预设云量阈值，对于网格云量大于预设云量阈值的格点，计算这些格点上的云冰和云水含量，步骤如下：将云从云底到云顶细分为多层，逐层计算每层的温度、气压和饱和水汽压以求得饱和水汽混合比，计算中需要用到的云内各层温度根据饱和非绝热垂直递减率进行计算，各层气压根据压高公式进行计算，各层饱和水汽压通过克劳修斯-克拉贝隆方程计算；然后计算相邻两层的饱和水汽混合比之差作为基本的云水和云冰的增量或减量，此时，每层的云滴粒子混合比alwc表示如下：
35、alwck＝alwck-1+qvs_k-1-qvs_k
36、其中，k为云内分层的层数；alwck为第k层的云滴粒子混合比；alwck-1为第k-1层的云滴粒子混合比；qvs为饱和水汽混合比，qvs_k为第k层的饱和水汽混合比，qvs_k-1为第k-1层的饱和水汽混合比；在获取各层的云滴粒子混合比之后，依据环境温度t分离云冰和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维实况分析场构建方法，其特征在于包括步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述常规观测资料包括地面自动站、飞机报和探空站的实况观测数据；
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：通过Bratseth逐步订正法将常规气象要素观测同化到背景场中，对于第n次迭代，对应的迭代表达式如下：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在每一次迭代结束后，基于预设的平衡约束条件进行平衡调整；
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述水物质相态分析和云内温湿场调整的步骤如下：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，三维格点云量计算的具体步骤如下：获取模式背景场相对湿度信息，根据所述模式背景场相对湿度信息采用如下经验关系式计算云量以得到三维背景场云量CF，
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在进行三维云场的构造和计算时，配置有云水云冰计算单元、降水类型计算单元和降水粒子定量计算单元；
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述降水粒子定量计算中配置有两种计算模式
9.一种三维实况分析系统，其特征在于包括：
10.一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序指令，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种三维实况分析场构建方法，其特征在于包括步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述常规观测资料包括地面自动站、飞机报和探空站的实况观测数据；
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：通过bratseth逐步订正法将常规气象要素观测同化到背景场中，对于第n次迭代，对应的迭代表达式如下：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在每一次迭代结束后，基于预设的平衡约束条件进行平衡调整；
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述水物质相态分析和云内温湿场调整的步骤如下：
6.根据权利要求5...
【专利技术属性】
技术研发人员：高彦青，王晓峰，傅新姝，张赟程，彭杰，杜明斌，顾问，唐玉琪，
申请(专利权)人：上海市生态气象和卫星遥感中心，
类型：发明
国别省市：
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