[发明专利]一种优化的雷达数据同化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种优化的雷达数据同化方法，是一种水文、气象数据处理的方法，是一种雷达探测数据处理的方法。

背景技术

降雨的形成过程与发生受大尺度大气环流、洋流、海陆位置、地形、下垫面及人类活动等多方面的影响，累计降雨量和降雨的时空分布都存在诸多不确定性。因此，降水是数值大气模式最难模拟或预报的气象要素之一。

气象雷达是一种能够提供局部地区，水平覆盖范围约400~600千米的地面上空的气象数据的设备，所提供的气象数据具有分辨率和精度都较高等特点。一方面，处理好的雷达数据可以直接被数值大气模式同化，另一方面，气象雷达的高分辨率和高精度为校正数值大气模式的降雨模拟和预报结果，特别是为中小尺度的降雨模拟和预报提供了保证。准确而高效的降雨模拟与预报，可为决策者提供充足的时间，准确制定防洪预警预案、水库调度方案等，从而减少气象灾害以及洪涝灾害的损失，增加水资源的可利用量。因此，提升主动应对天气现象的能力，在气象、水文部门有重要的理论与实践意义。然而，目前将气象雷达数据同化并应用于水文领域的研究很少，如何提高雷达数据的同化效率和同化精度是一个需要解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种优化的雷达数据同化方法。所述的方法通过综合考虑了气象领域和水文领域的应用前景，同时保证雷达数据同化的效率和雷达数据同化的精度，从而减少气象灾害以及洪涝灾害的损失，增加水资源的可利用量，提升主动应对天气现象的能力。

本发明的目的是这样实现的：一种优化的雷达数据同化方法，所述的方法的步骤如下：

雷达资料的收集与预处理的步骤：用于收集反射率和径向速度这两种雷达基数据，并将所述的雷达基数据转化为能够被WRF模式同化的数据格式，形成雷达数据；

雷达数据分层的步骤：用于将雷达数据按照雷达在大气层中探索的高度不同进行分层，形成多个层数据组，将多个层数据组排列组合形成多个分层数据文件；

不同时间间隔下雷达数据的同化设计的步骤：用于设置雷达获取数据的时间间隔，设置最短同化时间间隔，设置最长同化时间间隔，在最短时间间隔和最长时间间隔之间以雷达获取数据的时间间隔为级差，形成等差的时间间隔系列；

制定雷达数据同化方案的步骤：依据所述的时间间隔序列制定所有的同化方案；

计算各层雷达数据的平均相对误差的步骤：用于使用公式：

其中：r_j为第j个分层文件的编号、r_ij表示第j个文件的第i种同化时间间隔、m为一个分层数据文件中的同化方案个数，计算各层雷达数据的平均相对误差；

选出最佳雷达数据层的步骤：用于对比各层雷达数据的平均相对误差，找出平均相对误差最小的层为最佳雷达数据层；

分析的步骤：用于对最佳的雷达数据层进行不同同化时间间隔的分析，以同化效率和同化精度为纵轴、同化时间间隔为横轴，绘制同化效率曲线、同化精度曲线与同化时间间隔的关系图；

选取最佳同化时间的步骤：用于通过同化效率曲线和同化精度曲线的交点在同化时间间隔轴线上的投影t’，确定为最佳同化时间间隔t，若t’不是雷达获取数据的时间间隔的倍数，则选择与t’前后最近的雷达获取数据的时间间隔的倍数时间t1或t2为最佳同化时间间隔t。

进一步的，所述的雷达获取数据的时间间隔为6分钟。

进一步的，所述的最短时间间隔为30分钟，最长时间间隔为6小时。

进一步的，所述的雷达数据分层的步骤中依据雷达所探测的高度，将雷达在大气层中探索的高度划分为四层，分别为：0~500米、500~1000米、1000~2000米和2000米以上形成4个层数据组。

进一步的，所述的4个层数据组组合为7个数据文件，分别为：0~500米、500~1000米、1000~2000米、2000米以上、0~1000米、0~2000米以及全部层数据组。

进一步的，所述的同化方案所使用的同化平台为数值大气模式WRF，同化方式为三维变分。