[发明专利]一种基于边界层伸缩思想的ECMWF水汽空间加密算法

说明书

技术领域

本发明属于气象技术领域，涉及一种基于边界层伸缩思想的ECMWF水汽空间加密算法。

背景技术

大气可降水量(PWV)是气象预报中的一个重要元素，大气水汽的环流异常是气象灾害的重要原因，因此研究大气水汽空间分布及其变化对气象灾害预报具有极其重要的意义。欧洲中尺度气象预报中心(ECMWF)代表着世界上中短期数值天气预报的最高水平，可以每天提供四次的全球网格点数值气象水汽数据，在区域气象预报发挥着越来愈重要的作用，也被越来越多的人研究。

Hengchun Ye和Eric J.Fetzer等人对南极地区无线电探空仪数据和ECMWF水汽进行了研究，发现两者相关程度达0.8以上。2009年O.Bock和M.Nuret利用ECMWF和地基GPS水汽数据对非洲季风气候进行了研究，发现两者在5天至一个月的平均趋势上具有很好的一致性。在国内，任晓燕等研究了ECMWF数据在亚洲中纬度地区的预报精度，文彩虹等研究了利用ECMWF预报产品对全球季节平均气候异常的可预报性分布和影响因素，陈权亮等利用.ECMWF和HALOE资料研究了平流层温度的变化规律。然而ECMWF格网点水汽数据空间密度较为稀疏，对外开放的数据空间网格间距为0.7°～2.5°之间，使得ECMWF格网点气象数据在研究小区域如市级气象预报中的受到限制，更无法研究单个点的水汽变化规律。

常规插值方法，如逆距离权倒数、Kriging、双线性内插等，可以进行ECMWF水汽的空间加密，但该类空间加密方法主要是在二维空间范围内，考虑距离和地形的影响对已知数据点分配权值，进而求解待插值点水汽值，该类加密算法模型相对简单，且不具备算法的物理意义。而ECMWF提供了不同气压面下的水汽密度、大气温度、重力位势高等剖线数据，因此ECMWF数据的空间插值是三维的空间加密问题。同时ECMWF每一网格点上的气象数据值代表了该分辨单元内不同地形上气象数据值的平均值，而不是指某具体位置上的数据值。因此，常规空间加密算法在此受到了极大的限制。如何利用这些剖线数据以符合大气空间分布特性的方式进行空间加密将是不同于以往空间加密算法的新课题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的ECMWF格网点气象数据在研究小区域气象预报时，由于空间分辨率较低缺点，提供一种基于边界层伸缩思想的ECMWF水汽空间加密算法。

其具体技术方案为：

一种基于边界层伸缩思想的ECMWF水汽空间加密算法，包括以下步骤：

1)由待加密点的点位坐标计算确定该点所属ECMWF网格分辨单元，并提取所属ECMWF网格单元及其周围网格单元的各气压层水汽密度和大气温度剖线数据；

2)提取待加密点所属ECMWF网格分辨单元的重力位势高，并由重力位势高截取水汽密度和温度的原始剖线Original；

3)根据气压和温度的空间加密方法，结合(5)和(6)式以及加密点高程计算获取加密点地表温度和气压估算值：

结合地表温度和气压经验公式先求得ECMWF网格点上地表温度和气压的经验值T_exp和P_exp：

T_exp＝288.15-0.0065×h_s(1)

P_exp＝P₀·(1-0.0000226·(h_s-h₀))^5.225 (2)

其中h₀为0米，P₀为1013.25hpa，h_s代表加密点海拔高，单位为米，本发明计算时则用到ECMWF提供的格网点位势高。将ECMWF提供的网格点地表温度和气压值T_ecmwf，s和P_ecmwf，s与它们经验值T_exp和P_exp进行比较获取不符值：

ΔT＝T_ecmwf，s-T_exp(3)

ΔP＝P_ecmwf，s-P_exp(4)

并将此不符值作为分辨单元内各地面点地表温度和气压经验值的补偿值，对加密点的温度T_i和气压P_i进行补偿：

T_i＝T_i，exp+ΔT(5)