[发明专利]一种预测雷电的方法

说明书

本发明属于雷电预警技术领域，公开了一种预测雷电的方法。包括数据预处理，雷电预测和输出预测结果三个阶段，其中数据预处理阶段用图像表征待处理数据的属性并模糊处理；雷电预测阶段是运用卷积运算抽取所述经模糊处理图像的特征，通过循环神经网络编码后得到反映雷电属性变化的函数，再进行反卷积运算将该函数表征的雷电属性未来变化状况解码为动态灰度图像；该方法消除了非对流性回波或非闪电位置回波导致的冗余和干扰，构建了与雷电发生直接相关的雷暴云团的局部空间特征和时序变化规律，从而提高了雷电预测的准确率。

技术领域

本发明属于雷电预警技术领域，具体公开了一种预测雷电的方法。

背景技术

雷电是强对流天气过程的产物。强对流天气过程演变迅速，云团生成、消散、合并和分裂规律复杂，导致雷电的预报预警难度大。目前雷电预报方法主要有如下几种：

利用大气电场仪或其组成的网络预报雷电。譬如，中国专利CN110297284A“一种基于三维大气电场仪的雷暴云移动路径跟踪方法”公开了利用大气电场仪探测雷暴云方位和跟踪其移动路径的方法。中国专利CN106353604B“一种基于大气电场背景噪声自动追踪的雷电预警方法”提出了一种剔除非雷暴时背景电场噪声，进而提高雷电预警准确度的方法。

基于雷电定位数据外推预测雷暴移动路径。譬如，论文《基于闪电数据的雷暴识别、追踪和外推方法》提出了先利用密度聚类算法识别雷暴，再利用卡尔曼滤波算法追踪和外推雷暴路径的方法。

基于气象雷达预报雷电。譬如，中国专利CN110927725“一种基于气象雷达的雷电预警和监测方法”提供了一种基于气象雷达回波功率和反射率因子的雷电预警方法。中国专利CN106019287A“一种基于小型雷达的输电线路雷电监测预警方法”公开了结合小型雷达反射率因子和雷电定位系统数据预报输电杆塔雷击风险的方法。

基于卫星监测数据预报雷电。如中国专利CN10944990A“一种基于气象卫星数据的雷电预警方法”建立了云顶亮温变化率和雷电之间的关系，进而对雷电进行风险等级预警。

基于数值天气预报模式开展雷电预报。如中国专利CN109447315A“一种基于多时空尺度的电力气象数值天气预报方法和装置”提供了利用中尺度天气预报模式开展包括雷电在内的多种气象灾害多尺度预报方法。

除了以上回顾的单独利用大气电场仪、雷电定位系统、雷达、卫星和数值天气预报模式开展雷电预报，还有综合多种手段开展雷电预报的方法，如中国专利CN109738970A“基于雷电数据挖掘实现雷电预警的方法、装置和存储介质”公开了综合利用大气电场强度、雷达回波、雷电定位数据和卫星云图，预测雷暴团移动速度和方向的方法。

总体而言，目前各种雷电预报方法提出的判据比较单一，通常利用某物理参量(如大气电场强度或其变化率、云顶亮温变化率、雷达回波dBZ)的阈值或相关关系公式对雷暴的发生或移动路径进行预测，难以准确刻画雷暴云团运动和生、消、聚、变的复杂规律。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出了一种预测雷电的方法，包括数据预处理、雷电预测和输出预测结果三个步骤，所述数据预处理是用图像表征雷达基数据和雷电定位散点数据的属性并模糊处理；所述雷电预测是运用卷积运算抽取所述经模糊处理图像的特征，通过循环神经网络编码后得到反映雷电属性变化的数据，再进行反卷积运算将该数据表征的雷电属性未来变化解码为动态灰度图像。

进一步的，数据预处理包括以下步骤：

S1.对获取的雷达基数据进行解析并提取出雷达反射率因子数据，用最邻近法插值到以雷达站为中心的固定大小的等经纬度网格；

S2.取同一位置不同高度上的最大反射率因子值生成组合反射率，把所述组合反射率转换为灰度值，并保存为灰度图；

S3.在雷达基数据处理的范围内，以雷达扫描一次时间为周期，提取对应时间内雷电定位散点数据；