[发明专利]基于能量平衡原理的道面温度、结冰风险等级预报方法

说明书

本发明涉及交通气象服务领域，且公开了基于能量平衡原理的道面温度、结冰风险等级预报方法，基于能量平衡方程和热传导方程建立道面能量交换的机理模型，从而实现更加准确并且高分辨率的道面结冰预报，本方法基于能量平衡和热传导方程，结合城市路网数据和高分辨率数值预报模式产品，可以实现0‑72小时逐小时道面温度预报的业务化应用，对道面结冰风险实现提前预警。对于提高城市交通气象服务的质量和水平，确保城市交通运输的安全和畅通，具有十分重要的意义。

技术领域

本发明涉及交通气象服务领域，具体为基于能量平衡原理的道面温度、结冰风险等级预报方法。

背景技术

冬季，由于道面气温经常低于零度，在有降水或湿度高的情况下，道路表面极有可能发生结冰现象，极易导致交通事故发生。道面极端低温和降水是造成道面结冰的两个直接原因，由于道面能量平衡过程复杂，不仅受太阳辐射、气温等气象因子的影响，还与道路本身的物理结构和特性密切相关，道面温度预报一直以来都是交通气象服务中的重难点问题。目前的道面温度预报技术多基于统计回归方法，受限于道面监测站较少，且道面数据缺测较多、各地不同路段下垫面、微地形差异较大等问题，统计模型准确度、适用性均存在局限，为此我们提出了基于能量平衡原理的道面温度、结冰风险等级预报方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了基于能量平衡原理的道面温度、结冰风险等级预报方法，基于能量平衡方程和热传导方程建立道面能量交换的机理模型，从而实现更加准确并且高分辨率的道面结冰预报，本方法基于能量平衡和热传导方程，结合城市路网数据和高分辨率数值预报模式产品，可以实现0-72小时逐小时道面温度预报的业务化应用，对道面结冰风险实现提前预警。对于提高城市交通气象服务的质量和水平，确保城市交通运输的安全和畅通，具有十分重要的意义。

(二)技术方案

为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：基于能量平衡原理的道面温度、结冰风险等级预报方法，包括以下步骤：

第一步：标准化路网；

第二步：选择区域数值预报模式数据源；

第三步：通过模型计算道面温度以及道面水量；

第四步：通过模型计算道面结冰风险等级，利用前一步计算的每个路段的道面温度数据及道面水量数据，计算道面风险等级，将结冰风险划分为低、中、高、极高四个等级；

第五步：基于gis软件实现预报产品可视化，基于格点化的路网预报温度、水量数据，获取每个路段的道面结冰风险等级，并将其以不同的颜色叠加到地理信息系统中，以界面友好的方式进行可视化呈现。

优选的，所述第一步的具体内容为：利用arcGis的fishnet工具，将高速路网划分为3*3km的一个个标准网格，每个网格内的路段单独标号，作为一个计算单元单独模拟计算。

优选的，所述第二步具体内容为：基于当前区域的气象局开发的RMAPS区域数值预报模式，为每个计算单元内的路段选择距离最近的格点作为数据源。

优选的，所述第三步中单个路段的道面温度、道面水量取决于该格点的气温、降水、风速、湿度、辐射、云量。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了基于能量平衡原理的道面温度、结冰风险等级预报方法，具备以下有益效果：

1、该基于能量平衡原理的道面温度、结冰风险等级预报方法，当前的道面结冰预报要主要基于统计模型，或依靠预报员经验判断，结果精度较差。本发明基于能量平衡原理和热传导方程，避免了人为判断出现的不可控误差，同时克服了统计模型的低精度、低适用性缺点。