[发明专利]一种基于边界层伸缩思想的ECMWF水汽空间加密算法

摘要

本发明公开了一种基于边界层伸缩思想的ECMWF水汽空间加密算法，由待加密点的点位坐标计算确定该点所属ECMWF网格分辨单元，并提取所属ECMWF网格单元及其周围网格单元的各气压层水汽密度和大气温度剖线数据；提取待加密点所属ECMWF网格分辨单元的重力位势高，并由重力位势高截取水汽密度和温度的初始剖线；根据气压和温度的空间加密方法以及加密点高程计算获取加密点地表温度和气压估算值。本发明建立了基于边界层伸缩算法的空间插值模型SBLM，并编制了相应的软件，同时结合实测GPS以及地面气象数据对算法结果进行验证。结果表明基于SBLM计算得到的PWV、P和T具有很高的精度。

主权项

一种基于边界层伸缩思想的ECMWF水汽空间加密算法，其特征在于，包括以下步骤：1)由待加密点的点位坐标计算确定该点所属ECMWF网格分辨单元，并提取所属ECMWF网格单元及其周围网格单元的各气压层水汽密度和大气温度剖线数据；2)提取待加密点所属ECMWF网格分辨单元的重力位势高，并由重力位势高截取水汽密度和温度的初始剖线Original；3)根据气压和温度的空间加密方法，结合(5)和(6)式以及加密点高程计算获取加密点地表温度和气压估算值：结合地表温度和气压经验公式先求得ECMWF网格点上地表温度和气压的经验值Texp和Pexp：Texp＝288.15‑0.0065×hs   (1)Pexp＝P0·(1‑0.0000226·(hs‑h0))5.225   (2)其中h0为0米，P0为1013.25hpa，hs代表加密点海拔高，单位为米，将ECMWF提供的网格点地表温度和气压值Tecmwf，s和Pecmwf，s与它们经验值Texp和Pexp进行比较获取不符值：ΔT＝Tecmwf，s‑Texp   (3)ΔP＝Pecmwf，s‑Pexp   (4)并将此不符值作为分辨单元内各地面点地表温度和气压经验值的补偿值，对加密点的温度Ti和气压Pi进行补偿：Ti＝Ti，exp+ΔT   (5)Pi＝Pi，exp+ΔP   (6)计算Ti，exp和Pi，exp是用加密点海拔高hi代替(1)和(2)中hs，通过(5)和(6)式即可求出加密点上的地表温度Ti和气压Pi；4)利用加密点地表温度和气压估算值以及加密点高程信息，对ECMWF初始水汽密度和温度剖线进行伸缩得到调整后的剖线数据Stretched；5)利用线性平滑函数对边界层以下Original水汽密度和温度剖线与Stretched水汽密度 和温度剖线分别进行平滑处理，得到联合的水汽密度和温度剖线Combined；6)分别对边界层以上的原始剖线和边界层以下的Combined剖线分别按公式(7)进行积分，对积分结果求和即得到待插值点的水汽值：其中，ew表示水汽偏压，Rv为水汽特定气体常数，其值为461，495J·K‑1·kg‑1，RH为相对湿度，百分比表示，T为开尔文绝对温度，z表示积分高度。