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专利号: 2021111801319
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种获取加权平均温度的数据融合方法,其特征在于,包括:

获取某个区域相同时间点的大气垂直探测产品和基于探空数据得到的再分析产品;

获取距离大气垂直探测产品的视场点最近的若干个再分析产品的格网点;

计算再分析产品的格网点各气压层的高度;

获取大气垂直探测产品各视场点的初始总气压层,在总气压层中插入所在视场点的地表气压、地表高度、地表气温,确定按气压进行划分的最终总气压层;

获取再分析产品的格网点的每个气压层的气压和大气垂直探测产品的最终总气压层的每个气压层的气压,根据再分析产品的格网点的每个气压层的气压、大气垂直探测产品的最终总气压层的每个气压层的气压,按照预先设定的比较方法,将所述若干个再分析产品的格网点的比湿、相对湿度插值到大气垂直探测产品的每个气压层中,使得大气垂直探测产品包括气压最底层高度处的高度和各气压层高度处的气压、气温、相对湿度、比湿;

根据确定的最终总气压层,计算大气垂直探测产品的每个气压层的高度;

根据大气垂直探测产品的每个气压层的气压和大气垂直探测产品的每个气压层的比湿计算每个气压层的水汽压;

根据大气垂直探测产品的最终总气压层、每个气压层的水汽压、每个气压层的高度和每个气压层的气温计算大气加权平均温度;

所述按照预先设定的比较方法,将所述若干个再分析产品的格网点的比湿、相对湿度插值到大气垂直探测产品的每个气压层中,使得大气垂直探测产品包括气压最底层高度处的高度和各气压层高度处的气压、气温、相对湿度、比湿,包括:由最底层开始,依次取出AVP视场点的每层气压和ERA5格网点的由最底层开始的相邻两层气压进行如下判断:若AVP点的s层气压大于ERA5格网点的最底层气压,则将四个ERA5格网点的比湿、相对湿度插值到AVP点中,插值方法如式(2)至式(5)所示:式(2)中,XS为四个ERA5格网点在AVP点s层气压高度处的相对湿度和比湿,X2为四个ERA5格网点的倒数第二层气压对应的相对湿度和比湿,X1为四个ERA5格网点最底层气压对应的相对湿度和比湿,PS为AVP点s层气压,P2为四个ERA5格网点的倒数第二层气压,P1为四个ERA5格网点的最底层气压;

式(3)至式(5)中,lon1、lon2为距离AVP点最近的第一、二个ERA5格网点的经度,lat1、lat2为距离AVP点最近的第一、二个ERA5格网点的纬度,lon0、lat0为AVP点的经纬度,N1、N2、N3、N4分别为四个ERA5格网点在AVP点s层气压高度处的相对湿度和比湿,N0即为AVP点s层气压高度处的相对湿度和比湿;

若AVP点的s层气压等于ERA5格网点的某层气压,则将四个ERA5格网点的比湿、相对湿度插值到AVP点中,插值方法如式(3)至式(5)所示;

若AVP点的s层气压小于ERA5格网点的最高层气压,则将四个ERA5格网点的比湿、相对湿度插值到AVP点中,插值方法如式(6)和式(3)式(5)所示:式(6)中,XS为四个ERA5格网点在AVP点s层气压高度处的相对湿度和比湿,X2为四个ERA5格网点的第一层气压对应的相对湿度和比湿,X1为四个ERA5格网点第二层气压对应的相对湿度和比湿,PS为AVP点s层气压,P2为四个ERA5格网点的第一层气压,P1为四个ERA5格网点的第二层气压;

若AVP点的s层气压介于ERA5格网点的两层气压之间,则将四个ERA5格网点的比湿、相对湿度插值到AVP点中,插值方法如式(2)至式(5)所示;此时式(2)中,XS为四个ERA5格网点在AVP点s层气压高度处的相对湿度和比湿,X2为四个ERA5格网点的s‑1层气压对应的相对湿度和比湿,X1为四个ERA5格网点s+1层气压对应的相对湿度和比湿,PS为AVP点s层气压,P2为四个ERA5格网点的s‑1层气压,P1为四个ERA5格网点的s+1层气压;

至此,AVP中包括气压最底层高度处的高度和各气压层高度处的气压、气温、相对湿度、比湿。

2.根据权利要求1所述的获取加权平均温度的数据融合方法,其特征在于,所述大气垂直探测产品为从风云卫星遥感数据服务网获取的AVP,AVP的空间分辨率为16km,内容包括经度、纬度、地表高度、地表气压、地表气温和按气压进行划分为101层的气压、气温,其中第

101层为最底层;

所述基于探空数据得到的再分析产品为ERA系列再分析资料官网获取的ERA5产品,ERA5产品的空间分辨率为0.25°×0.25°,内容包括经度、纬度和按气压进行划分为37层的重力势、比湿、相对湿度、气压、气温,其中第37层为最底层。

3.根据权利要求2所述的获取加权平均温度的数据融合方法,其特征在于,所述获取距离大气垂直探测产品视场点最近的若干个再分析产品的格网点,包括:进行数据融合的AVP点经度记为lon0,纬度记为lat0;

第一步,将经纬度向负无穷方向取整,再利用经纬度减去取整后的经纬度获取经纬度的小数部分,经度小数部分记为lon01,纬度小数部分记为lat01;

第二步,对lon01和lat01进行判断获取距离AVP点最近的ERA5格网点,该点经度记为lon1,纬度记为lat1;

所述对lon01和lat01进行判断,包括:

当lon01小于0.25时,由0.25减去lon01得到差值,若该差值大于lon01,则将lon01赋值为0,反之将lon01赋值为0.25;

当lon01大于0.25且小于0.5时,由lon01减去0.25得到差值,由0.5减去lon01得到差值,若前差值大于后差值,则将lon01赋值为0.5,反之将lon01赋值为0.25;

当lon01大于0.5且小于0.75时,由lon01减去0.5得到差值,由0.75减去lon01得到差值,若前差值大于后差值,则将lon01赋值为0.75,反之将lon01赋值为0.5;

当lon01大于0.75且小于1时,由lon01减去0.75得到差值,由1减去lon01得到差值,若前差值大于后差值,则将lon01赋值为1,反之将lon01赋值为0.75;

当lon01等于0时,则lon01保持原有值;

将通过上述判断后的lon01和lat01与第一步中向负无穷方向取整的经纬度相加即可得到距离AVP点最近的ERA5格网点,该点经度记为lon1,纬度记为lat1;

第三步,将lon0、lat0与lon1、lat1相减得到经、纬度差值,以经度差值大于等于0、纬度差值小于等于0为例:将lon1加0.25、lat1保持不变即可得到第二个格网点的经、纬度;将lon1加0.25、lat1减0.25即可得到第三个格网点的经、纬度;将lon1保持不变、lat1减0.25即可得到第四个格网点的经、纬度;其余经、纬度差值情况以此类推即可得到距离AVP点最近的四个ERA5格网点。

4.根据权利要求3所述的获取加权平均温度的数据融合方法,其特征在于,所述计算再分析产品的格网点各气压层的高度,包括:计算距离AVP点最近的四个ERA5格网点各气压层的高度,高度由重力势所得如式(1)所示:

2 2

式(1)中,φ为重力势,单位为m/s ,h为高度,单位为m,g为重力加速度,取9.80665m/2

s。

5.根据权利要求4所述的获取加权平均温度的数据融合方法,其特征在于,所述获取大气垂直探测产品各视场点的初始总气压层,在总气压层中插入所在视场点的地表气压、地表高度、地表气温,确定按气压进行划分的最终总气压层,包括:进行数据融合前需将AVP的地表气压、地表高度、地表气温插入按气压进行划分为101层的气压、气温对应层数,具体插入方法如下:首先判断地表气压是否大于101层的气压,若是,则将地表气压、地表高度、地表气温插入第102层,此时AVP变为按气压进行划分为102层,若否,则依次判断地表气压大小是否位于相邻两层气压之间,当地表气压位于n层与n+1层气压之间时,将地表气压、地表高度、地表气温插入第n+1层,并将该层以下的气压、气温填充为0,此时AVP变为按气压进行划分为n+1层。

6.根据权利要求1所述的获取加权平均温度的数据融合方法,其特征在于,所述计算大气垂直探测产品的每个气压层的高度,包括:AVP中各气压层高度处的高度由式(7)从下而上累加而得,

式(7)中,ΔH为相邻两气压层间的高度,Rd为干空气比气体常数,G为重力加速度, 为层间平均虚温度,单位为K,其表达式如式(8)所示:式(8)中, 为层间平均绝对温度,单位为K, 为平均相对湿度(%), 为水面平均饱和水汽压, 为平均气压,单位为hPa,其中,由式(9)所得, 由式(10)所得, 由式(11)所得, 由式(12)所得;

式(9)中,t1和t2分别为相邻两气压层的气温,单位为℃;

式(10)中,U1和U2分别为相邻两气压层的相对湿度;

式(11)中,为相邻两气压层间的平均气温,单位为℃;

式(12)中,P1、P2分别为相邻两高度上的气压,单位为hPa。

7.根据权利要求6所述的获取加权平均温度的数据融合方法,其特征在于,所述根据大气垂直探测产品的每个气压层的气压和大气垂直探测产品的每个气压层的比湿计算每个气压层的水汽压,包括:水汽压由各气压层高度处的气压、比湿计算所得,如式(13)所示,

式(13)中,Pw为水汽压,单位为hPa,q为比湿,单位为kg/kg,P为气压单位为hPa;

根据大气垂直探测产品的每个气压层的高度和大气垂直探测产品的每个气压层的比湿、相对湿度计算每个气压层的水汽压。

8.根据权利要求7所述的获取加权平均温度的数据融合方法,其特征在于,所述根据大气垂直探测产品的最终总气压层、每个气压层的水汽压、每个气压层的高度和每个气压层的气温计算大气加权平均温度,包括:计算大气加权平均温度如式(14)所示,

式(14)中,Tm为大气加权平均温度,N为AVP的气压层数,Pwi为第i层的水汽压,Δhi为第i层的厚度,Ti为第i层的气温。

9.一种计算设备,其特征在于,包括,

一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序,其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行,所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至8所述的方法中的任一方法的指令。