[发明专利]一种具有物理约束的多重网格订正分析方法及装置

说明书

本发明公开了一种具有物理约束的多重网格订正分析方法及装置，通过对待分析区域的原始气象观测数据转换为粗网格背景场；选取粗网格上的第一观测站点，并获取其影响半径内的所有第二观测站点，基于风压约束关系分别计算每个第二观测站点与第一观测站点之间的第一位势高度观测值、距离及权重系数，通过拟合距离和权重系数，得到插值系数，用于对粗网格背景场进行插值处理，得到粗网格的第一分析场，并将其作为细网格背景场；通过计算气象观测数据与细网格背景场的偏差，将偏差插值到细网格背景场上，以使订正细网格背景场，并根据订正后的细网格背景场，生成细网格的第二分析场，与现有技术相比，本发明的技术方案能提高气象数据分析的准确性。

技术领域

本发明涉及气象数据订正分析的技术领域，特别是涉及一种具有物理约束的多重网格订正分析方法及装置。

背景技术

逐步订正法是从每个观测中减去背景场得到的观测增量，通过分析观测增量得到分析增量，然后将分析增量加到背景场得到最终分析；每个分析格点上的分析增量通过其周围影响区域内观测增量的线性组合加权，观测权重与观测位置和格点之间的距离成反比；在气象领域中Cressman插值算法就是将离散的观测站点数据插值到规则网格点的一种常用的逐步订正分析方法。逐步订正分析方法具有计算资源少，计算速度快等优势，目前在气象地面要素的客观分析中，仍有广泛的应用。

现有的基于Cressman插值的逐步订正客观分析方法是仅考虑空间距离的纯数学方法，插值算法中没有考虑大气动力和热力过程的物理约束；并且现有的Cressman插值的逐步订正分析方法采用单变量分析的方式，对任意气象要素进行逐一计算，分析结果无法满足气象要素之间的平衡关系。

由于大气的风、温、压、湿等物理要素存在明显的多尺度特征，在大尺度上存在明显的约束关系，而小尺度上具有非常强的局地性，若不在插值算法中建立一个统一的物理模型来模拟气象要素之间复杂的多尺度约束关系，仅考虑气象要素之间大尺度约束或者小尺度的局地性，都是不合适的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种具有物理约束的多重网格订正分析方法及装置，通过在插值算法中加入风压约束关系，使其具备多尺度气象信息分析能力，提高气象数据分析的准确性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有物理约束的多重网格订正分析方法，包括：

获取待分析区域的原始气象观测数据，对所述原始气象观测数据进行网格化处理，得到粗网格的粗网格背景场；

选取所述粗网格上的第一观测站点，获取位于所述第一观测站点的影响半径内的所有第二观测站点，基于风压约束关系分别计算每个第二观测站点与所述第一观测站点之间的第一位势高度观测值，得到所述第一观测站点在影响半径内的位势高度场；

基于所述位势高度场，计算每个第二观测站点与所述第一观测站点之间的距离及权重系数，并计算所述距离和所述权重系数的拟合关系，得到插值系数；

根据所述插值系数，对所述粗网格背景场进行插值处理，得到所述粗网格的第一分析场，并对所述第一分析场进行线性内插处理，得到细网格的细网格背景场；

获取所述细网格的气象观测数据，计算所述气象观测数据与所述细网格背景场的偏差，基于插值算法将所述偏差插值到所述细网格背景场上，以使订正所述细网格背景场，并根据订正后的细网格背景场，生成所述细网格的第二分析场。

在一种可能的实现方式中，获取待分析区域的原始气象观测数据，对所述原始气象观测数据进行网格化处理，得到粗网格的粗网格背景场，具体包括：

获取待分析区域的原始气象观测数据，其中，所述原始气象观测数据包括地面气压和10米U、V风；

基于最近邻域法将所述原始气象观测数据进行网格化处理，得到预设分辨率的粗网格，从所粗述网格中提取出数值模式的气象观测数据，并基于所述数值模式的气象观测数据，得到粗网格背景场。