[发明专利]一种江淮地区强降水中心场的提取方法

权利要求书

1.一种江淮地区强降水中心场的提取方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)收集待分析区域的逐日降水量站点数据并将其转换成格点数据，筛选其中的强降水日数据、建立表示强降水量场集合的数据集；

步骤2)计算强降水量场的距离矩阵，查找每个强降水量场的κ邻域强降水量场，其中κ邻域为预定义参数；

步骤3)求每个强降水量场在κ邻域范围内的密度指标；

步骤4)以每个强降水量场为原点，计算其和κ邻域范围内所有的k(k-1)/2对强降水量场形成的空间线段的夹角弧度值，其中一对强降水量场为两个强降水量场，并筛选得到k-1个相邻的最小夹角弧度值的集合，以此计算每个原点强降水量场的分布指标；

步骤5)计算每个强降水量场的密度指标和分布指标的几何平均值，即为中心强降水量场的判定初值，简称中心场的判定初值，然后在其κ邻域范围内进行比较，如果某个强降水量场的中心场判定初值小于其κ邻域范围内任意一个强降水量场的中心场判定初值，则该强降水量场的中心场判定值设置为0，否则设置为原来的判定初值，得到每个强降水量场的中心场判定值；

步骤6)从中心场判定值中选取大于0的值对应的降水量场日期和降水量格点值，即为强降水类型的中心场的出现日期及降水量。

2.根据权利要求1所述的一种江淮地区强降水中心场的提取方法，其特征在于，步骤1)中所述降水量站点数据先转换成格点数据，然后再筛选其中的强降水日格点数据建立强降水量场数据集，其表现形式为二维数组其中n表示日期的数量，m表示格点数量且必须大于1，x_ij,i∈{1...n},j∈{1...m}表示强降水量值，id_i,i∈{1...n}表示某日强降水量场对应的日期。

3.根据权利要求1所述的一种江淮地区强降水中心场的提取方法，其特征在于，步骤2)中所述距离矩阵以DATA中任意两日的强降水量场的欧氏距离组成，表现形式为二维数组其中n表示日期的数量，d_ij,i,j∈{1...n}且i≠j表示欧氏距离且d_ij＝d_ji，m表示格点数量，inf表示正无穷大量；然后取值范围2到n-1的整数k为预定义参数，在DS中逐行查找最小的k个值并记录下这k个值所在的列序号，得到κ邻域强降水量场，表现形式为二维数组其中：k表示κ邻域值，kd_ij,i∈{1...n},j∈{1...k}表示DS中i行最小的k个值所在的列序号。

4.根据权利要求1所述的一种江淮地区强降水中心场的提取方法，其特征在于，步骤3)中所述密度指标的计算方法使用公式表示对-DS(i,KDS(i,j))求其以自然常数为底的指数运算结果再在j＝{1...k}求和，从而得到所有强降水量场的密度指标，表现形式为一维数组ρ＝[ρ₁,ρ₂...ρ_i...ρ_n]，其中i∈{1...n},j∈{1...k},KDS(i,j)为KDS第i行j列元素，DS(i,KDS(i,j))为DS第i行KDS(i,j)列元素。

5.根据权利要求1所述的一种江淮地区强降水中心场的提取方法，其特征在于，步骤4)所述k-1个相邻的最小夹角弧度值集合的获取方法如下：

首先，选取原点强降水量场的κ邻域范围内所有的成对强降水量场为DDS_i＝[KDS(i,p),KDS(i,q)]，其中i∈{1...n}表示以任意一个日期的强降水量场为原点强降水量场，p＝{1...k-1}且对于p中的每个元素取值，q依次对应取值q＝{p+1...k}，KDS(i,p)表示KDS的第i行p列元素，KDS(i,q)表示KDS的第i行q列元素，这样得到的DDS_i的表现形式为k(k-1)/2行2列的二维数组；

其次，计算原点强降水量场i和DDS_i每行的成对强降水量场形成的空间三角形在原点强降水量场i处的夹角弧度，其空间三角形的三边长分别为a＝DS(i,KDS(i,p)),b＝DS(i,KDS(i,q)),c＝DS(KDS(i,p),KDS(i,q)),其中DS(i,KDS(i,p))表示DS的第i行KDS(i,p)列元素，DS(i,KDS(i,q))表示DS的第i行KDS(i,q)列元素，DS(KDS(i,p),KDS(i,q))表示DS的第KDS(i,p)行KDS(i,q)列元素，原点强降水量场i处的夹角弧度计算公式RDS_i＝acos((a²+b²-c²)/(2ab))，得到的RDS_i表现形式为k(k-1)/2行1列的一维数组；

最后，筛选出k-1个相邻的最小夹角弧度值，即先找出RDS_i的最小元素m1加入空集合MRD_i，i表示原点强降水量场，并获得m1所在行在DDS_i对应行的两个元素做为初始数据集合DI，再不断地从DDS_i中查找一个元素属于DI另一个元素不属于DI的那些行，在其对应的RDS_i行中查找最小元素mi加入MRD_i，并将mi所在行在DDS_i对应行的两个元素中不属于DI的那一个加入DI，直到DI包含DDS_i的所有k个非重复元素，KDS(i,p)∪KDS(i,q)＝KDS(i,1...k)共k个元素为止，由于DI从两个元素开始每次递增一个直到k个元素共递增了k-2次，所以MRD_i从初始的一个元素随之递增为有k-1个元素的一维数组，即为k-1个相邻的最小夹角弧度值集合；计算分布指标的方法使用公式表示以MRD_i(j)≤2π^(m-1)/k为条件对MRD_i(j)在j＝{1...k-1}求和，其中i∈{1...n}，MRD_i(j)为MRD_i的第j个元素，m表示格点数量，k表示κ邻域值，从而得到所有强降水量场的分布指标，表现形式为一维数组δ＝[δ₁,δ₂...δ_i...δ_n]。