一种卫星云降水参数与模式再分析大气参数进行融合的方法及装置与流程

本发明涉及大气科学研究技术领域，尤其涉及一种卫星云降水参数与模式再分析大气参数进行融合的方法及装置。

背景技术：

目前，云和降水作为大气中最活跃的要素，不仅是全球水循环的重要环节，而且在多时空尺度的大气过程中发挥重要作用。云和降水虽然提供宝贵的淡水资源，但因其产生的旱涝灾害也影响人民的正常生产生活，为了对云和降水进行更加精确的分析，并促进卫星遥感资料在天气模式中的应用能力，提高天气模式的预报准确率，建立一种高时空分辨率的卫星云降水参数与模式再分析大气参数的融合算法，具有重要的科学意义及应用价值。

现阶段在研究云和降水特征时，主要是由卫星观测资料提供降水三维结构以及云参数分布，模式再分析资料提供云降水系统中的大气参数分布，卫星观测资料通过卫星平台上搭载仪器观测获得，模式再分析资料通过模式计算获得，这两种数据的来源以及数据产生方法不同，导致两类数据在使用时经常是相互独立的，为了深入研究云和降水的产生与变化规律，需要这两类数据在时间和空间上的密切配合，而现有技术中并没有相应的解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种卫星云降水参数与模式再分析大气参数进行融合的方法及装置，该方法可以克服之前研究工作中两类数据集相互独立的缺点，提供高时空分辨率及长时间序列的卫星云降水参数与模式再分析大气参数融合数据集，从而对深入研究降水事件中云降水与大气参数三维结构、不同大气背景下的云降水特征提供技术支持和数据保证。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种卫星云降水参数与模式再分析大气参数进行融合的方法，所述方法包括：

步骤1、利用测雨雷达与可见光/红外扫描仪的融合数据，计算获得云降水参数轨道数据；

步骤2、基于空间分辨率0.25度对所述云降水参数轨道数据进行格点化处理，得到云降水参数的格点数据；

步骤3、将空间分辨率0.25度的模式再分析大气参数数据与步骤2得到的云降水参数格点数据进行时空匹配，构建卫星云降水参数与模式再分析大气参数的融合数据集。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法可以克服之前研究工作中两类数据集相互独立的缺点，提供高时空分辨率及长时间序列的卫星云降水参数与模式再分析大气参数融合数据集，从而对深入研究降水事件中云降水与大气参数三维结构、不同大气背景下的云降水特征提供技术支持和数据保证。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的卫星云降水参数与模式再分析大气参数进行融合的方法流程示意图；

图2为本发明所举实例一次降水事件的云降水参数格点化效果示意图；

图3为本发明所举实例一次降水事件的卫星云降水参数与模式再分析大气参数时空匹配的效果示意图；

图4为本发明所举实例一次降水事件云降水系统中云、降水、大气参数的三维结构分布示意图；

图5为本发明实施例所述装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的卫星云降水参数与模式再分析大气参数进行融合的方法流程示意图，所述方法包括：

步骤1、利用测雨雷达与可见光/红外扫描仪的融合数据，计算获得云降水参数轨道数据；

在该步骤中，首先针对测雨雷达与可见光/红外扫描仪融合数据每一条轨道中的像素点，以0.4mm/h作为近地表降水率阈值，当近地表降水率小于所设定的阈值0.4mm/h时，判断该像素点近地表降水率为缺省值；当近地表降水率大于阈值时，像素点判定为降水像素点；其中，每个像素点的回波廓线从地表一直到20km处，共80层，垂直分辨率为0.25km；

再以16dbz作为降水回波信号阈值，当降水回波信号小于所设定的阈值16dbz时，判断此层降水回波信号为缺省值；具体实现中，根据像素点降水类型将降水像素区分为对流降水像素、层状降水像素；

从原有的轨道数据中经阈值判断之后提取有关云降水的参数形成新的云降水参数轨道数据，具体包括：像素点时刻信息(年月日时)、经纬度、总近地表降水率、层状降水近地表降水率、对流降水近地表降水率、总降水回波信号(廓线)、层状降水回波信号(廓线)、对流降水回波信号(廓线)、云顶附近可见光/红外通道信号、降水云顶附近可见光/红外通道信号、层状降水云顶附近可见光/红外通道信号、对流降水云顶附近可见光/红外通道信号；

所得轨道数据的水平分辨率为4.5km，垂直分辨率为0.25km。

步骤2、基于空间分辨率0.25度对所述云降水参数轨道数据进行格点化处理，得到云降水参数的格点数据；

在该步骤中，具体是结合模式再分析大气参数数据的空间分辨率，即0.25度，对全球南北纬40度之间的云降水参数轨道数据进行格点内的像素平均，以总近地表降水率为例，统计某一格点内经过的所有轨道像素点的总近地表降水率，同时对该格点内的降水像素点进行计数，然后二者相除，即可得到总近地表降水率的格点数据；

类似地，再计算其他参数的格点数据，同时取落在某一0.25度格点范围内的所有像素时刻值的众数，作为该格点的时刻值；

所得到的云降水参数的格点数据包括：格点位置、格点的时刻信息(年月日时)、格点内全部像素个数、格点内降水像素个数、格点内对流降水像素个数、格点内层状降水像素个数、降水格点近地表降水率、对流降水格点近地表降水率、层状降水格点近地表降水率、格点可见光/红外通道信号、降水格点可见光/红外通道信号、对流降水格点可见光/红外通道信号、层状降水格点可见光/红外通道信号、降水回波(廓线)、层状降水回波(廓线)、对流降水回波(廓线)；

所得格点数据的水平分辨率0.25度，垂直分辨率0.25km。

举例来说，如图2所示为本发明所举实例一次降水事件的云降水参数格点化效果示意图，通过上述过程对云降水参数轨道数据进行格点化处理，获得云降水参数的格点数据，图2中选取近地表降水率这一参数进行展示，图2a代表近地表降水率格点化前的分布，图2b代表近地表降水率格点化后的分布。

步骤3、将空间分辨率0.25度的模式再分析大气参数数据与步骤2得到的云降水参数格点数据进行时空匹配，构建卫星云降水参数与模式再分析大气参数的融合数据集。

在该步骤中，具体是以得到的云降水参数格点数据中每个格点的时间及位置为匹配标准；

逐小时将空间分辨率0.25度，垂直方向从1000hpa到1hpa一共37层的模式再分析大气参数数据，例如位势高度、散度、相对湿度、比湿、温度、风场、垂直速度、涡度(相对)等匹配到对应时间及空间的云降水参数格点上，从而构建卫星云降水参数与模式再分析大气参数的融合数据集；

其中，所构建的融合数据集的文件名包括融合数据时间、轨道号、分辨率信息，以方便用户使用。

举例来说，如图3所示为本发明所举实例一次降水事件的卫星云降水参数与模式再分析大气参数时空匹配的效果示意图，选取其中一个大气参数，即925hpa的风场，进行展示，图3a代表925hpa风场融合前在轨道内的分布；图3b代表925hpa风场融合后在轨道内的分布。

如图4所示为本发明所举实例一次降水事件云降水系统中云、降水、大气参数的三维结构分布示意图，图4a代表轨道内格点近地表降水率，ab指示剖面方向；图4b代表轨道3km处回波强度以及700hpa风场；图4c代表轨道5.5km处回波强度以及500hpa位势高度场；图4d代表回波顶高度以及200hpa风场；图4e代表0.65μm可见光通道反射率；图4f代表10.8μm热红外通道亮温；图4g代表沿ab方向回波剖面；图4h代表沿ab方向散度剖面。

基于上述方法，本发明实施例还提供了一种卫星云降水参数与模式再分析大气参数进行融合的装置，如图5所示为本发明实施例所述装置的结构示意图，所述装置包括：

云降水参数获取单元，用于利用测雨雷达与可见光/红外扫描仪的融合数据，计算获得云降水参数轨道数据；

云降水参数格点化单元，用于基于空间分辨率0.25度对所述云降水参数获取单元得到的云降水参数轨道数据进行格点化处理，得到云降水参数的格点数据；

融合数据集构建单元，用于将空间分辨率0.25度的模式再分析大气参数数据与所述云降水参数格点化单元得到的云降水参数格点数据进行时空匹配，构建卫星云降水参数与模式再分析大气参数的融合数据集。

上述装置中各单元的具体实施过程如上述方法实施例所述。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

综上所述，本发明实施例所述方法可以克服之前研究工作中两类数据集相互独立的缺点，提供高时空分辨率及长时间序列的卫星云降水参数与模式再分析大气参数融合数据集，从而更好、更全面地表征不同大气背景下降水事件的云降水参数特征，便于在科学研究和业务中认识降水事件与大气参数的关系，为天气预报、模式改进提供技术支持和数据保证。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。