本發(fā)明涉及降水量估測(cè)，具體是指一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的fy4b衛(wèi)星多通道數(shù)據(jù)的定量降水估測(cè)算法。

背景技術(shù)：

1、隨著災(zāi)害性天氣近年來(lái)的頻繁發(fā)生，高時(shí)空分辨率的雷達(dá)定量降水估測(cè)(qpe：quantitive?precipation?estimation)信息，在暴雨、臺(tái)風(fēng)、洪水等災(zāi)害性天氣的短時(shí)臨近和精細(xì)化預(yù)警預(yù)報(bào)等工作中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

2、降水是重要的天氣要素之一。精確、定量地估測(cè)降水，具有十分重要的意義。利用天氣雷達(dá)進(jìn)行降水估測(cè)是氣象及水文業(yè)務(wù)中的一個(gè)常見問(wèn)題。目前雷達(dá)測(cè)量降水主要依據(jù)雷達(dá)反射率因子(回波強(qiáng)度)z與地面降水強(qiáng)度i之間關(guān)系式，即：z＝axib，式中a、b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。雷達(dá)定量估測(cè)降水準(zhǔn)確度在很大程度上取決于z-i關(guān)系式中a、b系數(shù)的確定。

3、將地面站點(diǎn)雨量計(jì)資料和雷達(dá)觀測(cè)資料進(jìn)行點(diǎn)、面結(jié)合，通過(guò)一定的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法可以確定z-i關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)降水估測(cè)。傳統(tǒng)方法確定的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)一般是固定的，事實(shí)上a、b經(jīng)驗(yàn)系數(shù)并不是固定的，隨地區(qū)、季節(jié)、降水類型、與雷達(dá)中心距離等因素的變化而改變。

4、降水是促進(jìn)全球水-碳-能量循環(huán)的關(guān)鍵動(dòng)力，對(duì)研究全球生態(tài)與氣候變化有著重要的意義。紅外觀測(cè)、被動(dòng)微波觀測(cè)以及主動(dòng)雷達(dá)掃描是基于衛(wèi)星平臺(tái)的三種主要降水觀測(cè)方法。其中，由于紅外傳感器能搭載在靜止衛(wèi)星上，微波傳感器一般僅搭載在近地軌道衛(wèi)星上，所以紅外觀測(cè)能夠具備其他遙感觀測(cè)所難以具備的高時(shí)空分辨率、高時(shí)空覆蓋度優(yōu)勢(shì)，成為降水估計(jì)中重要的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源?，F(xiàn)有技術(shù)，如申請(qǐng)?zhí)枮閏n202311344773.7的一種基于層析思路的衛(wèi)星紅外多通道降水定量估計(jì)方法，涉及降水量預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，所述方法包括：獲取目標(biāo)區(qū)域的地理輔助數(shù)據(jù)和靜止衛(wèi)星特定波段紅外觀測(cè)亮溫；基于目標(biāo)區(qū)域的地理輔助數(shù)據(jù)和靜止衛(wèi)星特定波段紅外觀測(cè)亮溫以及降水預(yù)測(cè)模型，得到目標(biāo)區(qū)域的降水預(yù)測(cè)值；降水預(yù)測(cè)模型是利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對(duì)層析模型進(jìn)行訓(xùn)練得到的，訓(xùn)練數(shù)據(jù)集包括：多個(gè)歷史衛(wèi)星全圓盤區(qū)域的地理輔助數(shù)據(jù)、靜止衛(wèi)星特定波段紅外觀測(cè)亮溫和近軌衛(wèi)星雷達(dá)觀測(cè)降水值，層析模型包括多個(gè)層析核，一個(gè)層析核對(duì)應(yīng)一個(gè)特定波段。上述發(fā)明的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)是固定的，事實(shí)上經(jīng)驗(yàn)系數(shù)并不是固定的，隨地區(qū)、季節(jié)、降水類型、與雷達(dá)中心距離等因素的變化而改變，從而導(dǎo)致了降水量的預(yù)測(cè)精度低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的fy4b衛(wèi)星多通道數(shù)據(jù)的定量降水估測(cè)算法。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

3、一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的fy4b衛(wèi)星多通道數(shù)據(jù)的定量降水估測(cè)算法，包括以下步驟：

4、s1、利用風(fēng)云四號(hào)氣象衛(wèi)星的多光譜通道收集數(shù)據(jù)資料以及cldas多源融合數(shù)據(jù)提取降水的相關(guān)因子；

5、s2、根據(jù)數(shù)據(jù)資料以及cldas多源融合數(shù)據(jù)提取降水的相關(guān)因子分類得到不同的降水類型；

6、s3、建立降水模型，計(jì)算出目標(biāo)地區(qū)的降水預(yù)測(cè)公式r(z，d)和r(k，d)；

7、r(z，d)＝0.00786(z)0.978×d-4.96公式一；

8、r(k，d)＝136×|k|0.806×(z)-2.86×sign(k)公式二；

9、s4、建立雷達(dá)定量降水估測(cè)模型，對(duì)降水評(píng)估模型進(jìn)行修正和評(píng)估，計(jì)算出相關(guān)系數(shù)f；

10、s5、建立降水識(shí)別模型，對(duì)降水評(píng)估模型進(jìn)行最后的模型測(cè)試，計(jì)數(shù)出平均平方誤差s；

11、s6、把相關(guān)系數(shù)和平均平方誤差代入r(z，d)和r(k，d)中，重新計(jì)算降水量；

12、r(z，d)＝0.00786(z)0.978×d-4.96×f×s公式三；

13、r(k，d)＝136×|k|0.806×(z)-2.86×sign(k)×f×s公式四。

14、優(yōu)選地，所述的收集數(shù)據(jù)資料包括國(guó)家站、區(qū)域光、近紅外、紅外和水汽通道。

15、優(yōu)選地，所述的相關(guān)因子包括經(jīng)緯度、地區(qū)降水類型、粒子相態(tài)、雨滴譜參數(shù)、雷達(dá)回波數(shù)據(jù)和地面雨量計(jì)數(shù)據(jù)。

16、優(yōu)選地，所述的r()為降雨量，單位為mm·h－1，z為水平反射率因子，單位為dbz，d為差分反射率，k為差分傳播相移率，單位為°·km-1。

17、優(yōu)選地，所述的相關(guān)系數(shù)f和平均平方誤差s的計(jì)算公式如下：

18、

19、優(yōu)選地，所述的p為各被檢驗(yàn)的降水產(chǎn)品到檢驗(yàn)站的將水，所述的g為檢驗(yàn)站觀察降水，所述的n為樣本數(shù)。

20、優(yōu)選地，所述的各被檢驗(yàn)的降水產(chǎn)品到檢驗(yàn)站的將水為具有高時(shí)空分辨率的定量降水，其空間分辨率為0.01°×0.01°。

21、優(yōu)選地，所述的降水模型中引入虛警率、檢測(cè)概率、臨界成功指數(shù)和公平威脅分?jǐn)?shù)來(lái)評(píng)估雷達(dá)定量降水估測(cè)模型的準(zhǔn)確性并且預(yù)測(cè)降水區(qū)域中實(shí)際無(wú)降水區(qū)域的面積比例。

22、優(yōu)選地，所述的收集數(shù)據(jù)資料進(jìn)行噪聲過(guò)濾和孤立回波過(guò)濾處理。

23、采用以上方法后，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

24、本發(fā)明的計(jì)算方法以地面雨量計(jì)實(shí)測(cè)雨量為標(biāo)準(zhǔn),對(duì)最優(yōu)化算法的效果和估測(cè)結(jié)果的時(shí)空變化進(jìn)行了評(píng)估、分析。整體上，表現(xiàn)出與地面雨量計(jì)較強(qiáng)的相關(guān)性且有著較好的穩(wěn)定性，隨著雨量計(jì)平均小時(shí)雨量的增大，時(shí)間拉長(zhǎng)，相關(guān)系數(shù)f和平均平方誤差s的計(jì)算評(píng)率加快，相關(guān)系數(shù)f和平均平方誤差s根據(jù)實(shí)際情況不斷的計(jì)算，不斷的對(duì)降水模型進(jìn)行修正，總體有變小的趨勢(shì)。測(cè)偏差顯著降低，同時(shí)提高了對(duì)小雨的估測(cè)精度。對(duì)小雨的估測(cè)偏差降低了25％,對(duì)大雨、暴雨的估測(cè)偏差分別降低了78％、69％。

25、上述概述僅僅是為了說(shuō)明書的目的，并不意圖以任何方式進(jìn)行限制。除上述描述的示意性的方面、實(shí)施方式和特征之外，通過(guò)參考附圖和以下的詳細(xì)描述，本發(fā)明進(jìn)一步的方面、實(shí)施方式和特征將會(huì)是容易明白的。

技術(shù)特征：

1.一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的fy4b衛(wèi)星多通道數(shù)據(jù)的定量降水估測(cè)算法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的fy4b衛(wèi)星多通道數(shù)據(jù)的定量降水估測(cè)算法，其特征在于：所述的收集數(shù)據(jù)資料包括國(guó)家站、區(qū)域光、近紅外、紅外和水汽通道。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的fy4b衛(wèi)星多通道數(shù)據(jù)的定量降水估測(cè)算法，其特征在于：所述的相關(guān)因子包括經(jīng)緯度、地區(qū)降水類型、粒子相態(tài)、雨滴譜參數(shù)、雷達(dá)回波數(shù)據(jù)和地面雨量計(jì)數(shù)據(jù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的fy4b衛(wèi)星多通道數(shù)據(jù)的定量降水估測(cè)算法，其特征在于：所述的r()為降雨量，單位為mm·h－1，z為水平反射率因子，單位為dbz，d為差分反射率，k為差分傳播相移率，單位為°·km-1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的fy4b衛(wèi)星多通道數(shù)據(jù)的定量降水估測(cè)算法，其特征在于：所述的相關(guān)系數(shù)f和平均平方誤差s的計(jì)算公式如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的fy4b衛(wèi)星多通道數(shù)據(jù)的定量降水估測(cè)算法，其特征在于：所述的p為各被檢驗(yàn)的降水產(chǎn)品到檢驗(yàn)站的將水，所述的g為檢驗(yàn)站觀察降水，所述的n為樣本數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的fy4b衛(wèi)星多通道數(shù)據(jù)的定量降水估測(cè)算法，其特征在于：所述的各被檢驗(yàn)的降水產(chǎn)品到檢驗(yàn)站的將水為具有高時(shí)空分辨率的定量降水，其空間分辨率為0.01°×0.01°。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的fy4b衛(wèi)星多通道數(shù)據(jù)的定量降水估測(cè)算法，其特征在于：所述的降水模型中引入虛警率、檢測(cè)概率、臨界成功指數(shù)和公平威脅分?jǐn)?shù)來(lái)評(píng)估雷達(dá)定量降水估測(cè)模型的準(zhǔn)確性并且預(yù)測(cè)降水區(qū)域中實(shí)際無(wú)降水區(qū)域的面積比例。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的fy4b衛(wèi)星多通道數(shù)據(jù)的定量降水估測(cè)算法，其特征在于：所述的收集數(shù)據(jù)資料進(jìn)行噪聲過(guò)濾和孤立回波過(guò)濾處理。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的FY4B衛(wèi)星多通道數(shù)據(jù)的定量降水估測(cè)算法，屬于降水量估測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明的計(jì)算方法以地面雨量計(jì)實(shí)測(cè)雨量為標(biāo)準(zhǔn),對(duì)最優(yōu)化算法的效果和估測(cè)結(jié)果的時(shí)空變化進(jìn)行了評(píng)估、分析。整體上，表現(xiàn)出與地面雨量計(jì)較強(qiáng)的相關(guān)性且有著較好的穩(wěn)定性，隨著雨量計(jì)平均小時(shí)雨量的增大，時(shí)間拉長(zhǎng)，相關(guān)系數(shù)f和平均平方誤差S的計(jì)算評(píng)率加快，相關(guān)系數(shù)f和平均平方誤差S根據(jù)實(shí)際情況不斷的計(jì)算，不斷的對(duì)降水模型進(jìn)行修正，總體有變小的趨勢(shì)。測(cè)偏差顯著降低，同時(shí)提高了對(duì)小雨的估測(cè)精度。對(duì)小雨的估測(cè)偏差降低了25％,對(duì)大雨、暴雨的估測(cè)偏差分別降低了78％、69％。

技術(shù)研發(fā)人員：曹曉敏,王振海
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青海省氣象科學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10