[发明专利]一种小时分辨率降水过程辨识方法

权利要求书

1.一种小时分辨率降水过程辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，识别方法，为了按照小时分辨率精细识别降水过程，分不同空间尺度，面向中国范围内的站点、大区域、小区域分类识别，增加降水过程与天气系统匹配度，基于邻近原则精准识别大区域降水过程；包括以下步骤：

步骤1.1，对站点降水过程识别时，考虑站点地域差异、致灾临界阈值和适用中国的站点阈值提取方法，用百分位法确定站点提取的阈值，站点降水过程识别时要同时满足以下两个条件：a：站点降水过程开始定义为1小时降水量达到历史小时降水量从小到大排序80百分位值，结束定义为连续8小时以上没有时刻达到80百分位值；b：站点日降水量达到历史日降水量从小到大排序90百分位值；

步骤1.2，对区域降水过程识别时，考虑中国降水过程的复杂性，既有覆盖中国南北方的大范围降水过程，也有仅出现在中国长江中下游或中国京津冀，甚至是中国单个市区的小区域降水过程；在满足中国适用性的情况下，从中国国家级气象服务的层面，分大区域和小区域两种情况，大区域指中国南方、北方或任意大于等于中国面积1/3的区域，过程辨识时考虑站点间的距离；小区域指中国流域、32个省自治区、直辖市或任意小于中国面积1/3的区域，过程辨识时不考虑站点之间的距离，为使客观辨识的降水过程与天气系统下降水过程高匹配度，通过不断试验调整参数即调整录入降水过程的相邻站点间距离、单时次录入降水的最少站点数或比例以及属于一次降水过程两个时刻的最大间隔时间，找出与中国中央气象台按天气系统录入的降水过程匹配度最好的三个参数值，具体包括以下步骤：

步骤1.2.1，大区域：开始定义为达到录入阈值且相邻站点之间的距离小于900千米的站点数占评估区域内站点的5％及以上或大于等于40站，结束定义为连续12小时以上达到录入阈值且相邻站点之间的距离小于900千米站点数占评估区域内站点的比例不足5％及以上或少于40站，站点之间距离计算时，假设地球是一个球体，半径就是地球的平均半径R＝6371.004千米，当以0度经线为基准，根据地球表面任意两点的经纬度就能够计算出这两点间的地表距离，点A的经纬度为(LonA,LatA)，点B的经纬度为(LonB,LatB)，按照0度经线的基准，东经取经度的正值(Longitude)，西经取经度负值(-Longitude)，北纬取90-纬度值(90-Latitude)，南纬取90+纬度值(90+Latitude)，经过上述处理过后的点A、点B被计为(MLonA,MLatA)和(MLonB,MLatB)，根据三角推导，能够得到计算两点距离的如下公式：

C＝sin(MLatA)*sin(MLatB)*cos(MLonA-MLonB)+cos(MLatA)*cos(MLatB)……(1)，

Distance＝R*Arccos(C)*Pi/180……(2)，

以上公式(2)中，R和Distance单位是千米；

步骤1.2.2，小区域：开始定义为达到录入阈值的站点数占评估区域内站点的10％及以上或大于等于40站，结束定义为连续8小时以上达到录入阈值的站点数占评估区域内站点的比例不足10％及以上或少于40站；

步骤2，强度定量计算方法即基于降水过程强度是降水强度、持续时间和覆盖范围三个指标共同作用的计算方法，将时间分辨率精细到小时，对降水强度、持续时间和覆盖范围三个指标定义和算法进行改进，进行基于小时分辨率降水过程强度评估；包括以下步骤：

步骤2.1，降水强度指数：

降水强度是暴雨灾害的致灾因子之一，降水强度指数计算时考虑过程1小时最大降水量R_1max、滑动3小时最大降水量R_滑动3max、滑动6小时最大降水量R_滑动6max和过程小时平均降水量R_过程平均四个量值要素，

其中，

公式(3)中，R_过程平均是过程小时平均降水量；h是站点过程小时数；

考虑降水的时空分布特征、地域差异和致灾阈值，利用1951-2018年2410个中国国家气象观测站小时降水资料，将小时降水量、滑动3小时降水量、滑动6小时降水量按从小到大排列，提取百分位90％，95％，98％，99％，99.5％，99.8％，99.9％，99.95％，99.98％，99.99％，100％所对应的值，组成小时降水强度矩阵R₁，滑动3小时降水强度矩阵R₃，滑动6小时降水强度矩阵R₆，公式如下：

公式(4)中，i＝2410,j＝11；i是站点数；j是百分位值个数；r_ij是第i个站点第j个百分位对应的小时降水量值；rr_ij是第i个站点第j个百分位对应的3小时降水量值；rrr_ij是第i个站点第j个百分位对应的6小时降水量值；为将四个描述降水强度的要素统一到一个可比量纲上，采用指数划分的方法，考虑站点差异性，将小时降水强度矩阵R₁、滑动3小时降水强度矩阵R₃,滑动6小时降水强度矩阵R₆按站点指数划分；

步骤2.2，持续时间指数：

站点降水过程持续时间是从降水过程开始到结束，定义为录入过程的小时数，公式如下：

公式(6)中：T是有效降水时间指数；K是降水衰减指数，h是录入过程的小时数，K取值0.98；

步骤2.3，覆盖范围指数：

覆盖范围C_P定义为小时降水录入降水过程站点n占评估区站点N的比例，公式如下：

公式(7)中：n是录入降水过程的站点数，N是评估区域站点总数；

考虑与降水强度、持续时间量级一致，将降水覆盖范围指数C定义为：

C＝10*C_P……(8)，

公式(8)中，C_P是覆盖范围；

步骤2.4，降水过程综合强度指数计算：

站点降水过程综合强度指数是降水强度和持续时间的共同作用，站点降水过程综合强度指数RSI计算，公式如下：

RSI＝I*T……(9)，

公式(9)中，I是降水强度指数；T是持续时间指数；

区域降水过程综合强度是降水强度、覆盖范围和持续时间3个指标共同作用，区域降水过程综合强度指数RPI计算，公式如下：

公式(10)中，RSI是站点降水过程综合强度指数，n是录入降水过程的站点数，C是覆盖范围指数；

步骤2.5，降水过程强度等级划分：

对中国、以中国秦岭-淮河为分界线的南方和北方、省级行政区划的32个省的不同区域范围的降水过程提取和评估，应用公式(9)和公式(10)计算1981-2018年中国、中国南方、中国北方、中国32个省降水过程综合强度指数，分析单站和区域降水过程强度指数概率密度分布，按照出现概率约1％、5％、10％、15％、69％将降水过程划分为极端、特强、强、较强、中的五个等级，将单站降水过程综合强度指数按照30、50、90、150四个节点分为五个指数范围，区域降水过程综合强度指数按照80、180、400、800四个节点分为五个指数范围，分别表示中等、较强、强、特强和极端等级。