基于交叉相关追踪法的电网设备区域对流天气预报方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种气象临近预报方法，尤其涉及一种基于交叉相关追踪法的电网设 备区域对流天气预报方法，属于气象灾害预报技术领域。
【背景技术】
[0002] 传统的电力气象服务以大范围常规预报为主，预报产品缺乏针对性和多样性，不 能完全满足电力生产调度的需求。随着公众尤其是气象公众人员对天气预报以及气象服务 的要求越来越高，精细化预报已经成为气象业务发展的必然趋势。
[0003]尽管常规的气象预报可以利用传统的天气学方法（天气图判识）以及数值预报方 法，基于大的环流背景和当前天气系统给出未来3~7天的天气发展趋势并做出常规气象 要素预报。但对流性灾害天气因其突发性和局地性强、生命史短的特点，对电力系统所造成 的影响往往是致命的。因此，提高电网强对流天气预报预警能力是实现智能电网气象防灾 减灾的重点和难点问题。
[0004] 由于导致强对流天气发生的系统属于中小尺度天气系统，很难被常规气象观测网 捕捉到，因此天气雷达以其高时空分辨率、及时准确的遥感探测能力成为灾害性天气、特别 是中小尺度强对流灾害性天气（雷暴、大风、龙卷和暴洪）监测和预警的主要工具之一。目 前，气象业务上使用的临近预报系统主要是以自动外推技术为基础的专家系统，该自动外 推技术主要包括两类：一类是基于三维雷暴特征追踪的算法；一类是基于交叉相关追踪的 算法。前者仅适用于强对流风暴的跟踪和临近预报；后者不仅适用于强对流风暴的跟踪和 临近预报，也适合于范围较广的一般性对流降水系统以及对流云和层状云混合降水系统的 跟踪和临近预报。
[0005] 结合电网设备区域的实际情况考虑，灾害性对流天气对电网的影响主要表现在大 雨和强风对供电和输电设备的破坏性影响上。交叉相关追踪法（TrackingRadarEchoes byCorrelation，简称TREC)是最早用来追踪雷达回波移动的算法之一，但从回波未来的位 置和强度形状仅能得到降水系统的强弱以及移动趋势，无法直接获取风场信息。此外，多普 勒天气雷达只能测得离开雷达任意点的降水物质沿着雷达的径向速度，即得到雷达平均径 向速度图，与实际观测风场可能会存在一定的差异。实践表明雷达回波的移动矢量与风场 的联系紧密，因此可以根据回波移动矢量特征得到实际风场特征。同时，结合GIS强大的分 析功能，根据电力气象灾害评估指标进行分析，可以得到未来1小时内发生的强对流天气 对供电设备和输电线路的灾害种类和影响等级。综上，利用TREC所得到的移动矢量外推降 水回波和实际风场的变化趋势对于电网部门的需要是可行的、必要的。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于交叉相关追 踪法的电网设备区域对流天气预报方法。
[0007] 为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：
[0008] 一种基于交叉相关追踪法的电网设备区域对流天气预报方法，包括以下步骤：
[0009] 步骤一：根据雷达的历史数据，确定雷达回波的移动矢量特征；
[0010] 步骤二：根据所述雷达回波的移动矢量特征，对雷达回波和风场外推计算，得到外 推后的雷达回波和风场；
[0011] 步骤三：将外推后的雷达回波和风场、电网设备地理信息进行叠加展示与分析。
[0012] 其中较优地，所述步骤一进一步包括以下步骤：
[0013] (11)将极坐标格式的雷达回波数据进行插值计算，并转换到三维直角坐标系中；
[0014] (12)选取雷达二维回波场，所述二维回波场代表对流层水平分布特征；之后将所 述二维回波场分成若干个大小相等的正方形回波块；
[0015] (13)对第一时刻tl的每个正方形回波块和其周围区域的下一时刻t2的正方形回 波块进行空间交叉相关计算得到相关系数；
[0016] (14)查找与tl时刻正方形回波块区域的相关系数最大的t2时刻正方形回波块区 域；在At时间段内，则t2时刻正方形回波块区域的中心就是回波移动矢量的终点；
[0017]其中，t2 =tl+At，At< 7min。
[0018] 其中较优地，所述步骤（11)中，采用双线性插值方法，插值计算公式为：
【主权项】
1. 一种基于交叉相关追踪法的电网设备区域对流天气预报方法，其特征在于包括w下 步骤： 步骤一；根据雷达的历史数据，确定雷达回波的移动矢量特征； 步骤二；根据所述雷达回波的移动矢量特征，对雷达回波和风场外推计算，得到外推后 的雷达回波和风场； 步骤将外推后的雷达回波和风场、电网设备地理信息进行叠加展示与分析。
2. 如权利要求1所述的电网设备区域对流天气预报方法，其特征在于，所述步骤一进 一步包括W下步骤： (11) 将极坐标格式的雷达回波数据进行插值计算，并转换到=维直角坐标系中； (12) 选取雷达的二维回波场，所述二维回波场代表对流层水平分布特征；将所述二维 回波场分成若干个大小相等的正方形回波块； (13) 对第一时刻tl的每个正方形回波块和其周围区域的下一时刻t2的正方形回波块 进行空间交叉相关计算得到相关系数； (14) 查找与tl时刻正方形回波块区域的相关系数最大的t2时刻正方形回波块区域； 在At时间段内，则t2时刻正方形回波块区域的中屯、就是回波移动矢量的终点； 其中，t2 =tl+At，At《7min。
3. 如权利要求2所述的电网设备区域对流天气预报方法，其特征在于， 所述步骤（11)中，采用双线性插值方法，插值计算公式为：
其中，R和0分别为斜距（观测半径）和方位角，AR和A0分别为雷达观测束0j.和 0W斜距间隔和方位角间距；4为格点化e，4)的高度角，A4为两个相邻高度角4k 和4W之间的角距。
4. 如权利要求2所述的电网设备区域对流天气预报方法，其特征在于， 所述步骤（13)中，相关系数的计算公式为：
其中，Zi、Z2分别是tl、t2时刻该些正方形区域内的各个格点上的反射率因子值，单位 地Z;N为正方形区域内的格点数；k为对应正方形区域的编号。
5. 如权利要求2所述的电网设备区域对流天气预报方法，其特征在于， 所述步骤二中，雷达回波和风场的外推计算过程包括如下步骤： (21)根据所述步骤（14)所确定的相关系数最大的正方形回波块区域，确定所述正方 形回波块区域的回波移动矢量特征； (22) 根据历史数据，采用多元线性回归方法对风场与雷达回波进行拟合； (23) 根据所述回波移动矢量特征，利用外推方法对雷达回波与风场进行计算，得到未 来某个时间段内的风场。
6. 如权利要求5所述的电网设备区域对流天气预报方法，其特征在于， 所述步骤（23)中，采用后向外推方法对雷达回波进行外推计算。
7. 如权利要求6所述的电网设备区域对流天气预报方法，其特征在于， 所述后向外推方法的计算公式为： Zij(t+n) = j_Aj(t+n-l), 其中，Z是雷达回波强度值；t为外推的起始时刻；n是每隔At时间的外推次数，n= 1，2, 3,. . .，10 ;i和j是相应雷达回波的格点下标。
8. 如权利要求1所述的电网设备区域对流天气预报方法，其特征在于， 所述步骤=中，将外推计算所得到的雷达回波和风场，与电网设备地理信息进行叠加， 并根据雷达回波的基本反射率、回波强度进行分组显示。
【专利摘要】本发明公开了一种基于交叉相关追踪法的电网设备区域对流天气预报方法，包括以下步骤：步骤一：根据雷达的历史数据，确定雷达回波的移动矢量特征；步骤二：根据雷达回波的移动矢量特征，对雷达回波和风场外推计算，得到外推后的雷达回波和风场；步骤三：将外推后的雷达回波和风场、电网设备地理信息进行叠加展示与分析。本发明通过对雷达回波进行外推，得到未来雷达回波的移动矢量特征；利用该移动矢量特征进行雷达回波以及风场在未来时间内的临近预报；将该技术应用于电力GIS系统，可以获得电网区域设备回波强度和风场预报预警信息。
【IPC分类】G01W1-10
【公开号】CN104849777
【申请号】CN201410743744
【发明人】胡世骏, 滕小羽, 刘辉, 林昌年, 马金辉, 张炜, 汤伟, 欧阳潇然, 于华, 魏文辉, 林春龙
【申请人】国家电网公司, 国网安徽省电力公司, 北京科东电力控制系统有限责任公司, 南京信大高科技发展有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2014年12月8日