一种强对流潜势预警方法

本发明属于天气预报领域，具体是一种强对流潜势预警方法。

背景技术：

1、高原地形复杂、地形起伏大，在地形抬升和太阳辐射加热作用下，下垫面热力和水汽分布不均，夏季午后容易产生局地热对流，在天气系统的助力下极容易产生强对流天气，包括短时强降水、冰雹、雷暴大风等，且雷暴大风极少成片出现。高原地区地质环境脆弱，近年来暖湿化现象严重，因此强对流灾害特别是强降水灾害较多，且强对流具有局地性强和历时短的特点。在高原地区气象测站相对稀疏、数值预报模式对高原复杂下垫面缺乏成熟同化技术的前提下，目前缺乏一套成熟的强天气潜势预报指标和技术方法，仅依靠强对流天气的模式预报难度较大，极易漏报中小尺度的强对流天气，这种情况限制了高原上强天气客观预报预警业务的进一步发展。

2、中国研制的新一代气象卫星fy-4a(目前仍在轨运行)和fy-4b卫星(简称“fy-4”)，具有探测范围广和高时空分辨率的特点，是监测预警强对流天气的有效工具。fy-4卫星数据先后从2018年和2023年开始在全国气象业务部门正式“稳定”地运行，其产品数据对强对流天气的预报预警具有重要意义，尤其是fy-4卫星agri仪器的瞬时定量降水估测qpe、云类型clt、云顶温度ctt、云顶高度cth、对流初生cix、对流层顶折叠tfp产品，giirs仪器的大气温湿廓线avp产品，lmi仪器的闪电探测lmie产品等。但截止目前，其气象业务应用很少，应用潜力未得到较好地开发。

3、因此，为拥有一套高原本地的强对流天气潜势预报指标体系，并使fy-4卫星在高原地区充分发挥其强天气监测预警作用，提高高原地区强天气预报业务的核心支撑能力，进一步提高高原地区气象部门和防汛抗旱指挥等部门的防灾减灾能力等，有必要将常规气象资料和数值模式预报资料与fy-4的产品数据结合，深入开展高原地区强天气潜势预报技术指标和方法研究。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供强对流潜势预警方法，解决背景技术中记载的问题。

2、一种强对流潜势预警方法，包括如下步骤：

3、源数据质量控制：对比强对流天气实况，将常规气象探测数据和模式零场数据进行数据野值检测和剔除，使用已有的卫星定标定位技术对fy-4卫星源数据进行预处理；

4、解析源数据和输出数据格式：解析最新算法所得fy-4产品源数据，使用vc sharp编程语言读取和输出数据，输出强对流过程的fy-4数据和图像产品；

5、强对流预报方法和指标提取：根据强对流天气实况和常规气象探测数据以及模式零场数据，分析强对流潜势预报的关键大气参数，分析强对流天气产生前fy-4产品数据的天气特征，提炼强对流预警和潜势预报指标；

6、强对流预报检验：将所得预报方法和预报指标在强对流天气过程中进行预报检验，验证fy-4a产品数据在强对流天气预报中的预报时效和准确率，以及数据适用范围。

7、进一步，fy-4产品源数据包括对流层顶折叠tfp、大气温度廓线avp、对流初生cix、1分钟闪电事件lmie、瞬时定量降水估测qpe、云类型clt、云顶温度ctt和云顶高度cth；常规气象探测源数据包括已经处理好的micaps格式t_logp探空数据，地面到高空的风场和温度场及露点场数据；强对流实况数据包括自动气象站监测数据和人工记录实况资料；模式零场数据使用对流有效位能cape数据。

8、进一步，使用vc sharp编程语言和micaps系统读取并输出数据，以及提炼预报指标和预报方法，具体包括：

9、将15分钟内的lmie叠加处理为累积闪电监测数据lmiex，将tfp、cix、lmiex和clt四种fy-4产品数据生成micaps第3类数据格式；

10、将cth、ctt、qpe和tfp(包括troppv、troph、tropo_p_depth和tropo_z_depth)四种fy-4产品数据生成micaps第4类数据格式；

11、将avp产品数据生成micaps第5类格式；

12、将tfp、cix、lmiex生成shp格式数据；

13、将ctt和qpe生成tif格式数据；

14、将fy-4上述输出数据调入micaps系统进行强对流数据表现特征和进行强对流预警指标分析；

15、垂直风切变：根据地面到高空风场数据,分别计算地面到3km高度和地面到6km高度的垂直风切变矢量值vs0-3和vs0-6；

16、探空订正：对比强对流实况的发生地点和时间以及逆温情况，选择和强对流地点在同一性质云团内、空间相距不超过150km、探空时间在强对流时间之前的探空站，将t_logp探空数据调入micaps系统进行所选择探空站的t_logp图像显示，临近强对流发生直到之前1小时内若存在逆温则使用micaps系统功能在逆温层顶订正t_logp图像，若不存在逆温则使用强对流发生前最接近强对流发生地点和时间的实况地面温度和露点数据订正t_logp图像；

17、探空结构：根据订正后的t_logp图像，输出探空结构标识；

18、cape取值：根据订正后的t_logp数据计算cape估计值，比较模式零场的cape值，取二者的最大值；

19、中低层温差t400-600：根据订正后的t_logp数据，输出强对流发生地的600hpa到400hpa的温差；

20、干层厚度△hdry和湿层厚度△hwet：根据订正后的t_logp数据，输出强对流发生地的干层厚度和湿层厚度；

21、0℃层高度h0：根据订正后的t_logp数据，输出强对流发生地当天的0℃层高度；

22、动力抬升条件：将地面到高空风场和温度场数据调入micaps系统，判断强对流发生地的中低层风场和温度场，输出有无风场切变和辐合以及波动的标识，输出有无冷温槽的标识。

23、将上述常规探测和模式零场及其输出数据调入micaps系统进行强对流潜势预报指标分析；

24、总结所有分析结果，提炼强对流预警指标、凝练强对流预警方法。

25、进一步，fy-4产品数据来自国家卫星气象中心及其网站，天气实况和常规气象探测数据以及模式零场数据来自当地气象局。

26、进一步，fy-4对流层顶折叠tfp数据的更新频率为60分钟，大气温度廓线avp和对流初生cix数据的更新频率均为15分钟，1分钟闪电事件lmie数据的更新频率1分钟，瞬时定量降水估测qpe数据、累积闪电事件lmiex、云类型clt、云顶温度ctt、云顶高度cth数据的更新频率均为15分钟；常规探测和模式零场气象数据的更新频率为12小时。

27、进一步，大气温度廓线avp具体是由fy-4卫星的giirs通道匹配数据集反演的区域大气温度廓线产品获得。

28、进一步，分析强对流潜势预报的关键大气参数，包括探空结构、不稳定能量、风切变、气象要素场和环流形势；

29、分析强对流天气产生前fy-4产品解析后的数据表现，其中强对流天气包括冰雹、短时强降水和雷暴大风。

30、采用上述方案有以下有益效果：

31、本发明，根据强对流实况，分析常规气象探测资料(高空、地面)和数值模式零场资料的强对流潜势预报条件及指标，分析fy-4产品解析后的强对流预警条件及指标；提出使用常规气象探测和模式资料与fy-4解析产品互补结合的方式进行强对流预警，并总结和提炼出预警指标与方法。相较于现有技术，本发明的预警方法的准确率高，单独进行强对流潜势预报、fy-4解析产品的强对流预警，或者进行强对流潜势互补预警的准确率均达到或超过60％，其中互补预警方法在准确度和及时性方面优于单独进行前两者的预报和预警。

32、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。