【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及应用气象，尤其是一种基于resnet的闪电-三维代理反射率反演方法。
技术介绍
1、闪电定位观测具有分辨率高，探测范围广，受地形影响小，可连续监测等优点，对强对流天气有很好的指示作用。尽管我国目前已布设多部天气雷达，但仍会存在一定的雷达探测盲区，尤其是在易受地形遮挡的山区，雷达探测能力弱，强对流监测预警能力也十分有限。闪电定位观测对雷达探测有着重要的补充作用，可通过闪电-三维代理反射率反演方法将闪电定位观测反演成三维代理反射率，通过三维代理反射率实现对强对流天气发生发展的监测预警。
2、以往的闪电-三维代理反射率反演方法只考虑了闪电频次，没有考虑闪电活动的其他信息。随着对强对流监测预警精度要求的提高，只利用闪电频次进行反演无法满足现有的监测预警需求。同时传统的最大代理反射率-三维代理反射率反演方法使用的是垂直廓线系数这种根据历史观测数据统计出的固定数据，因此最大代理反射率向三维代理反射率反演的过程就非常固定刻板，而当下的大气环境影响着三维雷达反射率的分布及结构特征，只使用垂直廓线系数进行反演精度明显不足，进而影响后续数值模式开展闪电资料同化后的预报精度。
技术实现思路
1、本专利技术需要解决的技术问题是提供一种基于resnet的闪电-三维代理反射率反演方法。引入多种与雷达反射率相关的闪电活动信息，同时加入了发生闪电前的大气环境特征，借助resnet残差神经网络进行反演以解决在雷达探测盲区强对流天气监测预警能力不足的问题，使监测更加精准。
2、为
3、步骤1：获取闪电定位观测数据，包括：闪电定位观测记录的时间、经纬度、高度、电流强度、闪电类型、仪器型号、融合标识、质控标识；
4、步骤2：筛选仪器型号为ddw1型的闪电定位观测记录，使用融合标识、质控标识对ddw1型闪电定位观测记录进行质控，使用闪电类型对ddw1型闪电定位观测记录进行分类，分为云闪观测记录和地闪观测记录；
5、步骤3：根据闪电活动范围选定反演区域，将反演区域划分为网格，计算网格内每个格点的闪电定位观测记录数、云闪观测记录数、地闪观测记录数、正地闪观测记录数，分别记为总闪频次、云闪频次、地闪频次、正地闪频次；
6、步骤4：计算反演区域内每个总闪频次大于0的格点的云闪比和正地闪比，其中云闪比为云闪频次与总闪频次的比值，正地闪比为正地闪频次与地闪频次的比值；
7、步骤5：计算反演区域内每个总闪频次大于0的格点的空间系数rc、时间系数tc和时空系数trc；
8、步骤6：以时空系数从小到大为序，将每个总闪频次大于0格点的云闪定位观测记录进行排序，每个格点均保留时空系数最小的前n1条云闪观测记录，保存空间系数、时间系数、闪电高度，若云闪频次小于n1，则用缺省值补齐；
9、步骤7：以时空系数从小到大为序，将每个总闪频次大于0格点的地闪定位观测记录进行排序，每个格点均保留时空系数最小的前n2条地闪观测记录，保存空间系数、时间系数、电流强度，若地闪频次小于n2，则用缺省值补齐；
10、步骤8：将闪电活动范围内的所有格点中每个格点的总闪频次、云闪比、正地闪比、时空系数最小的前n1条云闪观测记录的空间系数、时间系数、闪电高度和时空系数最小的前n2条地闪观测记录的空间系数、时间系数、电流强度输入基于resnet的闪电-最大代理反射率反演模型，得到所有格点中每个格点的最大代理反射率；
11、步骤9：下载fy-4b giirs大气垂直探测产品、大气不稳定指数产品，使用质控标识对产品进行质控；
12、步骤10：提取反演区域内总闪频次大于0的格点中每个格点的大气环境特征，即提取过去2小时内离该格点最近点的温湿廓线、k指数、cape，若该格点的温湿廓线、k指数、cape不存在或未通过质控，则剔除该点根据fy-4bgiirs大气垂直探测产品的高度信息将温度、湿度插值至天气雷达拼图系统v3.0三维反射率因子产品高度层，高度层为24层；
13、步骤11：将闪电活动范围内的所有格点中每个格点的最大代理反射率、温湿廓线、k指数、cape，输入基于resnet的最大代理反射率-三维代理反射率反演模型，得到每个格点的三维代理反射率。
14、本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤2中对ddw1型闪电定位观测记录的质控方式为：融合标识为0，质控标识为0，同时满足以上2个条件则认为闪电定位观测记录可靠，分类方式为：闪电类型为0时，该闪电定位观测记录为云闪观测记录；闪电类型为1时，该闪电定位观测记录为地闪观测记录。
15、本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤3具体为：参照天气雷达拼图系统v3.0三维反射率因子产品经纬度信息的划分方式，将反演区域划分为可对应的0.01°*0.01°等经纬度网格，以每个网格格点为圆心，计算整点时刻前30分钟至后10分钟0.08°搜索半径内的闪电定位观测记录数、云闪观测记录数、地闪观测记录数、正地闪观测记录数，分别记为总闪频次、云闪频次、地闪频次、正地闪频次。
16、本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤5中空间系数rc、时间系数tc和时空系数trc计算方式如下：
17、tc＝(tlgt-tradar)/1800
18、
19、式中，tlgt、tradar分别为闪电发生时间和最大代理反射率时间即整点时刻，lonlgt、lonradar分别为闪电发生位置经度和最大代理反射率位置即等经纬度网格格点经度，latlgt、latradar分别为闪电发生位置纬度和最大代理反射率位置即等经纬度网格格点纬度。
20、本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤6和步骤7中，n1为根据云闪频次累计频率曲线选定百分比确定的云闪截断频次，n2为根据地闪频次累计频率曲线选定百分比确定的地闪截断频次，选定百分比为90％、95％或99％。
21、本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤8中基于resnet的闪电-最大代理反射率反演模型的构建方式具体步骤如下：
22、步骤8.1：收集一定时间的国家雷电探测系统闪电定位数据和天气雷达拼图系统v3.0组合反射率因子产品，产品的水平分辨率为0.01°*0.01°；根据步骤2进行质控和分类，考虑雷达探测存在盲区，且雷达数据存在缺失或晚到的情况，通过筛选得到雷达覆盖范围内发生闪电活动时最大反射率拼图完整的ddw1型闪电定位观测记录、最大反射率数据集；
23、步骤8.2：以收集的天气雷达拼图系统v3.0组合反射率因子产品的网格格点中每个格点为圆心按照步骤3-7，得到雷达覆盖范围内发生闪电活动时所有格点中每个格点的总闪频次、云闪比、正地闪比、时空系数最小的前n1条云闪观测记录的空间系数、时间系数、闪电高度、时空系数最小的前n2条地闪观测记录的空间系数、时间系数、电流强度、最大反射率，形成数据集a；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于ResNet的闪电-三维代理反射率反演方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于ResNet的闪电-三维代理反射率反演方法，其特征在于：步骤2中对DDW1型闪电定位观测记录的质控方式为：融合标识为0，质控标识为0，同时满足以上2个条件则认为闪电定位观测记录可靠，分类方式为：闪电类型为0时，该闪电定位观测记录为云闪观测记录；闪电类型为1时，该闪电定位观测记录为地闪观测记录。
3.根据权利要求2所述的一种基于ResNet的闪电-三维代理反射率反演方法，其特征在于：步骤3具体为：参照天气雷达拼图系统V3.0三维反射率因子产品经纬度信息的划分方式，将反演区域划分为可对应的0.01°*0.01°等经纬度网格，以每个网格格点为圆心，计算整点时刻前30分钟至后10分钟0.08°搜索半径内的闪电定位观测记录数、云闪观测记录数、地闪观测记录数、正地闪观测记录数，分别记为总闪频次、云闪频次、地闪频次、正地闪频次。
4.根据权利要求3所述的一种基于ResNet的闪电-三维代理反射率反演方法，其特征在于：步骤5中空间系数rc、时间系
5.根据权利要求4所述的一种基于ResNet的闪电-三维代理反射率反演方法，其特征在于：步骤6和步骤7中，N1为根据云闪频次累计频率曲线选定百分比确定的云闪截断频次，N2为根据地闪频次累计频率曲线选定百分比确定的地闪截断频次，选定百分比为90％、95％或99％。
6.根据权利要求5所述的一种基于ResNet的闪电-三维代理反射率反演方法，其特征在于：步骤8中基于ResNet的闪电-最大代理反射率反演模型的构建方式具体步骤如下：
7.根据权利要求6所述的一种基于ResNet的闪电-三维代理反射率反演方法，其特征在于：步骤9中质控方法为：质控标识为0或1时认为产品可靠。
8.根据权利要求7所述的一种基于ResNet的闪电-三维代理反射率反演方法，其特征在于：步骤11中基于ResNet的最大代理反射率-三维代理反射率反演模型构建方式具体步骤如下：
9.根据权利要求8所述的一种基于ResNet的闪电-三维代理反射率反演方法，其特征在于：步骤10中天气雷达拼图系统V3.0三维反射率因子产品高度层为24层，步骤11.2中对温湿廓线进行插值后为24层，步骤11.7中雷达反射率为24层。
...【技术特征摘要】
1.一种基于resnet的闪电-三维代理反射率反演方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于resnet的闪电-三维代理反射率反演方法，其特征在于：步骤2中对ddw1型闪电定位观测记录的质控方式为：融合标识为0，质控标识为0，同时满足以上2个条件则认为闪电定位观测记录可靠，分类方式为：闪电类型为0时，该闪电定位观测记录为云闪观测记录；闪电类型为1时，该闪电定位观测记录为地闪观测记录。
3.根据权利要求2所述的一种基于resnet的闪电-三维代理反射率反演方法，其特征在于：步骤3具体为：参照天气雷达拼图系统v3.0三维反射率因子产品经纬度信息的划分方式，将反演区域划分为可对应的0.01°*0.01°等经纬度网格，以每个网格格点为圆心，计算整点时刻前30分钟至后10分钟0.08°搜索半径内的闪电定位观测记录数、云闪观测记录数、地闪观测记录数、正地闪观测记录数，分别记为总闪频次、云闪频次、地闪频次、正地闪频次。
4.根据权利要求3所述的一种基于resnet的闪电-三维代理反射率反演方法，其特征在于：步骤5中空间系数rc、时间系数tc和时空系数trc计算方式如下：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：尹君红，张伟光，田利庆，吴明，崔海华，孟成真，张卫红，
申请(专利权)人：河北省气象科学研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。