[发明专利]一种基于余弦相似度和移动曲面拟合的地面气温质量控制方法

说明书

本发明公开了一种基于余弦相似度和移动曲面拟合的地面气温质量控制方法，涉及地面气温质量控制算法技术领域,具体包含：选取目标站日均温时间序列数据及邻近站同时段的日均温时间序列数据；计算各邻近站数据与目标站数据的余弦相似度COS值和均方根误差RMSE值,将COS值高的且RMSE值小的站点选取为实验参考站点；用移动曲面拟合算法拟合空间相关性曲面，预测目标站日均温数据，得到预测值；结合评价指标对结果进行分析，其中，评价指标包含均方根误差、平均绝对误差和纳什系数；将预测值与观测值进行比较，若其差值满足，则认为数据通过检验,若不满足则认为数据可疑，进而对可疑数据进行标记。有效地提高算法的精确度、稳定性和适应性。

技术领域

本发明涉及地面气温质量控制算法技术领域，具体涉及一种基于余弦相似度和移动曲面拟合的地面气温质量控制方法。

背景技术

在全球信息化背景下。数值天气预报已经成为影响经济发展和社会进步的一种必要天气预报手段。国内外学者通过大量观测实验和数值模拟对数值天气预报进行了深入研究。研究表明资料同化技术是保障数值天气预报准确性的前提。而对气象资料进行质量控制是同化的必要环节。近年来。国内外学者对气象观测资料质量控制的算法进行了广泛研究。从单一的气象观测站观测资料研究到区域的多站观测站观测资料研究。再到复杂质量控制算法研究。其中主要的空间一致性检验方法有反距离加权法(Inverse DistanceWeighted。IDW)、空间回归法(Spatial Regression Test。SRT)等。对于参考站的选取与赋权基本通过与目标站的欧式距离来决定。将距离目标站较近的站点选取为参考站。并赋予较高的权重。这种选取站点的方式与赋权对于站点分布密集和平原地区效果较好。但对于地形复杂的山地和站点稀疏的地区效果较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在于针对传统质量控制算法站点选取和权值赋予的不足，提出了一种基于余弦相似度和移动曲面拟合的地面气温质量控制方法，提高算法的精确度、稳定性和适应性。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于余弦相似度和移动曲面拟合的地面气温质量控制方法，具体包含如下步骤：

步骤1，选取目标站日均温时间序列数据Y_t，其中，t＝1，2，...，T，及邻近站同时段的日均温时间序列数据Y_it；i表示邻近站数目，且i取值方位可表示为1，2，…，N；

步骤2，计算各邻近站数据与目标站数据的余弦相似度COS值和均方根误差RMSE值，将COS值高的且RMSE值小的站点选取为实验参考站点；

步骤3，用移动曲面拟合算法拟合空间相关性曲面，预测目标站日均温数据，得到预测值

步骤4，结合评价指标对结果进行分析，其中，评价指标包含均方根误差、平均绝对误差和纳什系数；

步骤5，将预测值与观测值进行比较，若其差值满足则认为数据通过检验，若不满足则认为数据可疑，进而对可疑数据进行标记；其中：表示目标站预测值；Y表示观测值；f表示质量控制参数；σ表示目标站观测序列标准误差。

作为本发明一种基于余弦相似度和移动曲面拟合的地面气温质量控制方法的进一步优选方案，在步骤2中，

设气温观测数据时间序列长度为n，则各个邻近站与目标站的余弦相似度可表示为：

其中，Y_i表示第i个邻近站的地面气温观测数据，Y表示目标站气温观测数据。

作为本发明一种基于余弦相似度和移动曲面拟合的地面气温质量控制方法的进一步优选方案，所述步骤3具体如下，

利用移动曲面拟合算法基于各参考站的分布特征进行高程拟合，二维拟合曲面为：