热带气旋引发沿海地区灰霾概率的确定、预报方法及系统与流程

本发明属于分析及测量控制技术领域，特别涉及一种热带气旋引发沿海地区灰霾概率的确定方法及系统，预报方法及系统。

背景技术：

灰霾的气象定义是悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒的集合体，在大气相对湿度小于80％，水平能见度降低到10公里以下的一种天气现象。出现灰霾天气时，室外能见度低，污染持续，交通阻塞，事故频发。灰霾不仅影响了人们的正常生活，而且给人体健康带来巨大威胁。多年研究表明，热带气旋在移动过程中，外围下沉气流会对周围的气象条件产生明显的影响，其中就包含与灰霾天气息息相关的能见度、相对湿度、层结和风场等。事实上，日常的天气监测和预报中已经发现南海近海热带气旋可使珠江三角洲产生灰霾。以往的热带气旋影响灰霾天气多是对大气成分要素(气溶胶颗粒物质量浓度(PM10、PM2.5)、黑炭浓度等)进行定性分析，热带气旋引发待测地区灰霾的预报还是依靠预报员的经验，很大程度上无法满足准确性的要求。目前我国尚无有效地客观地预报方法可供业务预报应用，尤其是在天气预报中分析热带气旋引发灰霾的概率分布还是空白，现有技术中，还没有对长时间序列的热带气旋和灰霾之间相关性的定量研究。

技术实现要素：

本发明提供一种热带气旋引发沿海地区灰霾概率的确定、预报方法及系统，用于解决现有技术中热带气旋引发沿海地区灰霾的预报依赖预报员的经验，以定性分析为主，容易导致分析不准确，目前我国尚无有效地客观地预报方法可供业务预报应用的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的一技术方案为提供一种热带气旋引发沿海地区灰霾概率的确定方法，包括：

收集对待测地区能见度有影响的热带气旋路径点历史数据、对应时间所述待测地区的能见度历史数据及相对湿度历史数据；

根据强度对热带气旋路径点历史数据进行分类得到各类热带气旋路径点数据；

将所述待测地区的预测范围划分为多个区间，针对每一强度的热带气旋，在所述区间内同一热带气旋保留一个路径点，根据保留路径点数据、所述保留路径点对应所述待测地区的能见度数据计算所述区间内该强度热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率，根据所述区间内预定位置的经纬度值及所述区间内各强度热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率值做插值运算，得到各强度下的热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率分布。

本发明另一技术方案为提供一种热带气旋引发沿海地区灰霾概率的预报方法，包括，

利用热带气旋引发沿海地区灰霾概率的确定方法得到各强度级别热带气旋引发待测地区灰霾概率的分布；

根据待预测热带气旋强度调取相应强度下的热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率分布；

根据待预测热带气旋的路径信息确定待预测热带气旋到达预测地点时所述待测地区出现灰霾的概率。

本发明再一技术方案为提供一种热带气旋引发待测地区灰霾概率的确定系统，包括，

收集模块，用于收集对待测地区能见度有影响的热带气旋路径点历史数据、对应时间所述待测地区的能见度历史数据及相对湿度历史数据；

分类模块，用于根据强度对热带气旋路径点历史数据进行分类得到各类热带气旋路径点数据；

数据处理模块，用于将所述待测地区的预测范围划分为多个区间，针对每一强度的热带气旋，在所述区间内同一热带气旋保留一个路径点，根据保留路径点数据、所述保留路径点对应的所述待测地区的能见度数据计算所述区间内该强度热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率，根据所述区间内预定位置的经纬度值及所述区间内各强度热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率值做插值运算，得到各强度下的热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率分布。

本发明又一技术方案为提供一种热带气旋引发沿海地区灰霾概率的预报系统，包括：

灰霾概率分布确定模块，用于利用热带气旋引发沿海地区灰霾概率的确定系统得到各强度级别热带气旋引发待测地区灰霾的概率分布；

提取模块，用于根据待预测热带气旋强度调取相应强度下的热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率分布；

预测模块，用于根据待预测热带气旋路径信息确定待预测热带气旋到达预测地点时所述待测地区出现灰霾的概率。

本发明使用数理统计方法，统计近年热带气旋历史数据和发生热带气旋时待测地区的气象站监测的能见度和相对湿度数据，定量分析各种不同强度等级的热带气旋引发待测地区的灰霾概率分布，为热带气旋影响灰霾的气象预报预警提供可靠依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的附图。

图1为本发明一实施例的热带气旋引发沿海地区灰霾概率的确定方法流程图；

图2为本发明一实施例的热带气旋引发沿海地区灰霾概率的预报方法流程图；

图3为本发明一实施例的热带气旋引发沿海地区灰霾概率的确定系统结构图；

图4为本发明一实施例的热带气旋引发沿海地区灰霾概率的预报系统结构图；

图5为本发明一实施例的台风级别(TY)热带气旋引发深圳灰霾概率分布图。

具体实施方式

为了使本发明的技术特点及效果更加明显，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，本发明也可有其他不同的具体实例来加以说明或实施，任何本领域技术人员在权利要求范围内做的等同变换均属于本发明的保护范畴。

本发明针对沿海地区(受热带气旋影响的地区，如深圳)，提出了一种统计学方法定量分析和预测热带气旋引发沿海地区灰霾的概率，为沿海地区气象局发布灰霾预报预警提供参考。

如图1所示，图1为本发明一实施例的热带气旋引发沿海地区灰霾概率的确定方法流程图。具体的，热带气旋引发沿海地区灰霾概率的确定方法包括：

步骤101：收集对待测地区能见度有影响的热带气旋路径点历史数据、对应时间所述待测地区的能见度历史数据及相对湿度历史数据；

其中，待测地区为易受热带气旋影响的沿海区域，如深圳，本发明对待测地区具体为哪个地区不做限定。

所述待测地区的能见度历史数据及相对湿度历史数据以该地区国家基本气象站测得的数据为准。

所述热带气旋路径点数据为热带气旋路径上每个预报时刻的点，该路径点数据包括热带气旋经过时间、热带气旋的路径信息及强度信息等。随着热带气旋靠近，预报的时间间隔会越来越短，路径点也变的密集。

步骤102：根据强度对热带气旋路径点历史数据进行分类得到各类热带气旋路径点数据；

步骤103：将所述待测地区的预测范围划分为多个区间，针对每一强度的热带气旋，在所述区间内同一热带气旋保留一个路径点，根据保留路径点数据、所述保留路径点对应所述待测地区的能见度数据计算所述区间内该强度热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率，根据所述区间内预定位置的经纬度值及所述区间内各强度热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率值做插值运算，得到各强度下的热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率分布。

具体实施时，为了更直观的了解热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率分布情况，热带气旋引发所述待测地区灰霾概率分布以分布图的形式体现(如图5所示)。

本发明所述的待测地区的预测范围可以为以该地区国家基本气象站为圆心，方圆一定公里内的范围，本发明对预测范围的具体大小不做限制，可根据需求进行设定。本发明所述的插值运算包括但不限于线性插值法、移动平均法等，通过插值运算能够获得热带气旋经过非路径点时待测地区出现灰霾的概率。

本发明所述的区间内预定位置可以为区间内任意一点，为了计算方便，通常取区间的中心位置。

本发明一实施例中，采用国际惯例来划分热带气旋强度分类，当然还可以根据实际需要采用不同的强度划分标准，本发明对此不做限制。根据强度对热带气旋路径点历史数据进行分类得到各类热带气旋的路径点数据的详细过程为：

以SuTY表示超强台风、STY表示强台风、TY表示台风、STS表示强热带风暴、TS表示热带风暴、TD表示热带低压。上述六类热带气旋的强度分类方法与国际惯例相同。根据此分类标准将历史热带气旋1所有路径点根据其当时的强度级别分为SuTY路径点集1，STY路径点集1，TY路径点集1，STS路径点集1，TS路径点集1，TD路径点集1；将热带气旋2的所有路径点根据其当时的强度级别分为SuTY路径点集2，STY路径点集2，TY路径点集2，STS路径点集2，TS路径点集2，TD路径点集2；…；以此类推。接着，将SuTY路径点集1，SuTY路径点集2，SuTY路径点集3，…，重新归类为SuTY路径点集，将STY路径点集1，STY路径点集2，STY路径点集3，…，重新归类为STY路径点集；…；以此类推。这样，得到强度基础上的热带气旋分类数据。

本发明一实施例中，将所述待测地区的预测范围划分为多个区间进一步包括：将所述待测地区预测范围划分为多个1°×1°的正方形经纬度区间，本发明其他实施例中，也可将预测范围划分为多个2°×2°的正方形经纬度区间，可根据预测精度设定经纬度区间大小。本发明其他实施例中，也可按公里距离将预测范围划分为多个区间。

本发明一实施例中，在各类热带气旋中，针对每一个发生过的热带气旋，在经过经纬度区间时只选取对应所述待测地区相对湿度小于80％的路径点中待测地区出现最低能见度的路径点，即保留路径点为区间内同一热带气旋同一强度下对应所述待测地区相对湿度小于80％的路径点中待测地区能见度最低时的路径点。详细的说，每个区间内，针对每一类热带气旋，同一热带气旋的路径点首先要筛选对应所述待测地区相对湿度小于80％的路径点，然后在筛选后的路径点中对应的能见度才进行比较，保留待测地区能见度最低时的路径点，属于不同热带气旋的路径点之间不需要比较去除。

本发明一实施例中，根据保留路径点数据、所述保留路径点对应所述待测地区的能见度数据计算所述区间内该强度热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率进一步包括：

根据所述区间内的保留路径点个数确定所述区间内该强度热带气旋个数N；

根据所述保留路径点对应所述待测地区的能见度数据确定该强度热带气旋经过区间时所述待测地区发生灰霾的次数M。详细的说，根据能见度及相对湿度判断是否发生灰霾的依据为：当待测地区的最低能见度小于10公里，相对湿度小于80％时，则认为待测地区发生了灰霾。

用该强度热带气旋经过区间时所述待测地区发生灰霾的次数M除以所述区间内该强度热带气旋个数N得到该强度热带气旋经过区间时所述待测地区发生灰霾的概率。

如图2所示，本发明一实例中，利用前述任一实施例的方法得到各强度下的热带气旋引发待测地区灰霾的概率分布后，还包括：

步骤104：根据待预测热带气旋强度调取相应强度下的热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率分布；

步骤105：根据待预测热带气旋的路径信息确定待预测热带气旋到达预测地点时所述待测地区出现灰霾的概率。

其中，待预测热带气旋的强度及路径信息可以根据数值天气预报模型来预测。更进一步地，还可以辅以气象预报员的经验来预测。

本发明使用数理统计方法，统计近年热带气旋历史数据和发生热带气旋时待测地区的气象站监测的能见度和相对湿度数据，定量分析各种不同强度等级的热带气旋引发待测地区的灰霾概率分布，为热带气旋影响灰霾的气象预报预警提供可靠依据。

如图3所示，图3为本发明一实施例的热带气旋引发沿海地区灰霾概率的确定系统结构图。该系统可以通过逻辑电路或者芯片实现，或者安装于现有的高性能计算终端，例如手机、平板电脑、计算机等设备中，或者以功能模块的方式由软件实现各部件的功能。

具体的，该系统包括：收集模块301，用于收集对待测地区能见度有影响的热带气旋路径点历史数据、对应时间所述待测地区的能见度历史数据及相对湿度历史数据；

分类模块302，用于根据强度对热带气旋路径点历史数据进行分类得到各类热带气旋路径点数据；

数据处理模块303，用于将所述待测地区的预测范围划分为多个区间，针对每一强度的热带气旋，在所述区间内同一热带气旋保留一个路径点，根据保留路径点数据、所述保留路径点对应的所述待测地区的能见度数据计算所述区间内该强度热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率，根据所述区间内预定位置的经纬度值及所述区间内各强度热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率值做插值运算，得到各强度下的热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率分布。

本发明一实施例中，数据处理模块将所述区间内同一热带气旋同一强度下满足对应所述待测地区相对湿度小于80％的路径点中待测地区能见度最低时的路径点筛选为保留路径点。

本发明一实施例中，所述数据处理模块计算灰霾概率的过程包括：

根据所述区间内的保留路径点个数确定所述区间内该强度热带气旋个数N；

根据所述保留路径点对应所述待测地区的能见度数据确定该强度热带气旋经过区间时所述待测地区发生灰霾的次数M；

用该强度热带气旋经过区间时所述待测地区发生灰霾的次数M除以所述区间内该强度热带气旋个数N得到该强度热带气旋经过区间时所述待测地区发生灰霾的概率。

如图4所示，图4为本发明一实施例的热带气旋引发沿海地区灰霾概率的预报系统结构图。具体的，该系统包括，

灰霾概率分布确定模块401，用于前述实施例所述的热带气旋引发沿海地区灰霾概率的确定系统得到各强度级别热带气旋引发待测地区灰霾的概率分布；

提取模块402，用于根据待预测热带气旋强度调取相应强度下的热带气旋引发所述待测地区灰霾的概率分布；

预报模块403，用于根据待预测热带气旋路径信息确定待预测热带气旋到达预测地点时所述待测地区出现灰霾的概率。

本发明使用数理统计方法，统计近年热带气旋数据和发生热带气旋时待测地区的气象站监测的能见度和相对湿度数据，定量分析各种不同强度等级的热带气旋引发待测地区的灰霾概率分布，为热带气旋影响灰霾的气象预报预警提供可靠依据。

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面以深圳为例，深圳作为东南沿海城市，每年夏秋季节容易遭受热带气旋的影响，除了比较直接的大风、降雨外，热带气旋的到来还会引发深圳出现灰霾天气。热带气旋引起的深圳发生灰霾概率的定量预测方法在2015年1506号“红霞”影响深圳期间得到了很好的验证。

需要说明的是，本实施例中，用深圳国家基本气象站测得的能见度及相对湿度数据表示整个深圳的能见度及温湿度数据，以深圳国家基本气象站的经纬度代表深圳地区的经纬度；本实施例所述的预测范围为以深圳国家基本气象站为圆心，半径为1500公里的范围。

具体的，热带气旋引发深圳灰霾概率的预测方法包括，

步骤501：收集对深圳能见度有影响的热带气旋路径点历史数据及对应时间深圳气象站记录的能见度历史数据和相对湿度历史数据；

其中，本发明所述的历史数据为1985年至2014年的影响深圳能见度的所有热带气旋的路径点数据(包括强度及路径信息)、对应时间深圳能见度和相对湿度数据。

步骤502：根据热带气旋的强度对热带气旋路径点历史数据进行分类，得到各类的热带气旋路径点数据；

具体的分类方法参见上述实施例，此处不再赘述。

步骤503：将深圳的预测范围划分为多个1°×1°的经纬度区间，计算区间内各类热带气旋引发深圳灰霾(能见度小于10公里，相对湿度小于80％)的概率，并绘制各类热带气旋引发深圳灰霾概率分布图；

1)将深圳1500公里预测范围划分为多个1°×1°的正方形经纬度区间，预测范围的经度范围是99.39°E至128.61°E，纬度范围是9.04°N至36.02°N。根据预测范围的经纬度数值，定义(i，j)表示当前区间的位置，其中，i代表当前区间纬度在预测范围纬度序列内的顺序，j代表当前区间经度在预测范围经度序列内的顺序。

2)针对每一类(每一强度)的热带气旋，每个区间中同一个热带气旋保留一个路径点；保留的路径点为该热带气旋路径点中满足对应时间深圳地区相对湿度小于80％的路径点中深圳能见度最低的路径点。

3)统计经纬度区间内经过各类热带气旋的数目，按热带气旋的强度(级别)进行汇总，结果记录为N_SuTY(i,j)、N_STY(i,j)、N_TY(i,j)、N_STS(i,j)、N_TS(i,j)、N_TD(i,j)，其中N_SuTY(i,j)表示经过位置(i，j)的SuTY类热带气旋数目，以此类推；

统计各类热带气旋经过经纬度区间过程中深圳出现灰霾(最低能见度小于10公里，相对湿度小于80％)的次数，并对应到相应的级别，记为M_SuTY(i,j)、M_STY(i,j)、M_TY(i,j)、M_STS(i,j)、M_TS(i，j)、M_TD(i,j)，其中M_SuTY(i,j)表示SuTY类热带气旋经过位置(i，j)区间时引起深圳灰霾的次数，以此类推。

利用如下公式计算各类热带气旋在各区间位置引发深圳灰霾的概率：

SuTY：P_SuTY(i,j)＝M_SuTY(i,j)/N_SuTY(i,j)；

STY：P_STY(i,j)＝M_STY(i,j)/N_STY(i,j)；

TY：P_TY(i,j)＝M_TY(i,j)/N_TY(i,j)；…；以此类推。

4)根据所述区间内中心位置的经纬度值及各级别热带气旋经过所述区间时深圳发生灰霾的概率值做插值运算，绘制深圳1500公里范围内因各强度级别热带气旋影响而发生灰霾的概率分布图，图5为台风级别(TY)热带气旋引发深圳灰霾概率分布图，其中，五角星位置为深圳，图中不同的灰度表示深圳地区出现灰霾概率不同。

步骤504：根据未来热带气旋的强度和路径信息结合灰霾概率分布图预测将引起深圳发生灰霾的概率；

具体的，对即将到来的热带气旋，在得知其可能的强度的情况下，选择与该强度对应的灰霾概率分布图，得知其已经预测到的路径信息后，结合灰霾概率分布图即可预测该热带气旋到达预测地点时深圳出现灰霾的概率。

本发明使用数理统计方法，结合近年热带气旋数据和发生热带气旋时待测地区的气象站监测的能见度和相对湿度数据，定量分析各种不同强度等级的热带气旋引发该地区的灰霾概率分布，为热带气旋影响灰霾的气象预报预警提供可靠依据。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅用于说明本发明的技术方案，任何本领域普通技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围应视权利要求范围为准。