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一種適用于中國低緯度地區(qū)的加權(quán)平均溫度計算方法與流程

文檔序號:11262046閱讀:2938來源:國知局
一種適用于中國低緯度地區(qū)的加權(quán)平均溫度計算方法與流程

本發(fā)明涉及全球?qū)Ш较到y(tǒng)與氣象學(xué)領(lǐng)域,特別是涉及一種適用于中國低緯度地區(qū)的加權(quán)平均溫度計算方法。



背景技術(shù):

水汽是大氣中最活躍、最不穩(wěn)定也是最難準(zhǔn)確獲得的一種氣象參數(shù)。水汽對大氣中信號的傳播、能量的輸送以及云的形成和降水等方面有著重要的影響。對水汽及其變化的研究一直是氣象學(xué)與gnss信號傳播等方面研究的重要課題。地基gnss反演大氣可降水量是一種利用gnss信號測定大氣水汽含量及溫度的新手段。將天頂對流層濕延遲向大氣可降水量轉(zhuǎn)換的過程中有一個量的確定十分重要,就是轉(zhuǎn)換系數(shù)。轉(zhuǎn)換系數(shù)的精度與加權(quán)平均溫度tm的精度是同步的,要想獲得高精度的轉(zhuǎn)換系數(shù),就必須先獲得精確的加權(quán)平均溫度。獲取tm的方法主要有三種:一是取常數(shù)法,tm=260±20k,其會產(chǎn)生約15%的誤差;二是探空資料法,利用探空觀測站獲得的氣象資料計算加權(quán)平均溫度;三是回歸經(jīng)驗(yàn)公式,即通過與地面溫度ts的線性關(guān)系來推算tm,其誤差在2k-5k之間。在多種計算加權(quán)平均溫度tm的方法中,目前普遍使用的是bevis公式。bevis公式是通過地面溫度ts,利用公式tm=70.2+0.72ts,來估算加權(quán)平均溫度tm。然而bevis公式是利用美國境內(nèi)的探空數(shù)據(jù)資料建立的,由于tm具有緯度和季節(jié)性的變化,其應(yīng)用到其他區(qū)域內(nèi)會存在明顯的系統(tǒng)性偏差。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是提供一種能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷的適用于中國低緯度地區(qū)的加權(quán)平均溫度計算方法。

技術(shù)方案:為達(dá)到此目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:

本發(fā)明所述的適用于中國低緯度地區(qū)的加權(quán)平均溫度計算方法,包括以下的步驟:

s1:構(gòu)建一種適用于中國低緯度地區(qū)的加權(quán)平均溫度itm模型,itm模型表達(dá)形式為itm=a0+a1ts+a2φ+a3h,itm為加權(quán)平均溫度,ts為地面溫度,φ為測站緯度,h為測站高程,a0、a1、a2和a3為itm模型的系數(shù);

s2:利用測站處的探空氣象資料計算出測站處加權(quán)平均溫度的近似真值

tm;

式(1)中,ei第i層大氣的平均水汽壓,ei=(ei+ei-1)/2,單位為hpa;ti為第i層大氣的平均溫度,ti=(ti+ti-1)/2,單位為k;δhi為第i層大氣的厚度,單位m;ei為大氣層上界的水汽壓,ei-1為大氣層下界的水汽壓,ti為大氣層上界的溫度,ti-1為大氣層下界的溫度;e0為地表水汽壓,t0為地表溫度;

s3:利用步驟s2獲得的加權(quán)平均溫度近似真值tm,采用最小二乘法確定itm模型的系數(shù)a0、a1、a2和a3的值;

s4:根據(jù)建立的itm模型,利用測站的地面溫度ts、測站緯度φ、測站高程h計算加權(quán)平均溫度itm。

有益效果:本發(fā)明公開了一種適用于中國低緯度地區(qū)的加權(quán)平均溫度計算方法,itm模型考慮到了測站緯度和高程對加權(quán)平均溫度tm的影響,在bevis模型的基礎(chǔ)上加入了緯度和高程的改正項(xiàng),更符合加權(quán)平均溫度的變化規(guī)律,消除了bevis模型在中國地區(qū)的系統(tǒng)性偏差,其在中國低緯度地區(qū)計算加權(quán)平均溫度的精度要優(yōu)于bevis模型。

附圖說明

圖1為針對西沙站部分?jǐn)?shù)據(jù),三種模型與本具體實(shí)施方式提出的itm模型得到的加權(quán)平均溫度的對比圖;

圖2為針對思茅站部分?jǐn)?shù)據(jù),三種模型與本具體實(shí)施方式提出的itm模型得到的加權(quán)平均溫度的對比圖;

圖3為針對蒙自站部分?jǐn)?shù)據(jù),三種模型與本具體實(shí)施方式提出的itm模型得到的加權(quán)平均溫度的對比圖;

圖4為針對汕頭站部分?jǐn)?shù)據(jù),三種模型與本具體實(shí)施方式提出的itm模型得到的加權(quán)平均溫度的對比圖;

圖5為針對昆明站部分?jǐn)?shù)據(jù),三種模型與本具體實(shí)施方式提出的itm模型得到的加權(quán)平均溫度的對比圖;

圖6為針對騰沖站部分?jǐn)?shù)據(jù),三種模型與本具體實(shí)施方式提出的itm模型得到的加權(quán)平均溫度的對比圖;

圖7為針對懷化站部分?jǐn)?shù)據(jù),三種模型與本具體實(shí)施方式提出的itm模型得到的加權(quán)平均溫度的對比圖;

圖8為針對洪家站部分?jǐn)?shù)據(jù),三種模型與本具體實(shí)施方式提出的itm模型得到的加權(quán)平均溫度的對比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的介紹。

本具體實(shí)施方式公開了一種適用于中國低緯度地區(qū)的加權(quán)平均溫度計算方法,包括以下的步驟:

s1:構(gòu)建一種適用于中國低緯度地區(qū)的加權(quán)平均溫度itm模型,itm模型表達(dá)形式為itm=a0+a1ts+a2φ+a3h,itm為加權(quán)平均溫度,ts為地面溫度,φ為測站緯度,h為測站高程,a0、a1、a2和a3為itm模型的系數(shù);

s2:利用測站處的探空氣象資料計算出測站處加權(quán)平均溫度的近似真值tm;

式(1)中,ei第i層大氣的平均水汽壓,ei=(ei+ei-1)/2,單位為hpa;ti為第i層大氣的平均溫度,ti=(ti+ti-1)/2,單位為k;δhi為第i層大氣的厚度,單位m;ei為大氣層上界的水汽壓,ei-1為大氣層下界的水汽壓,ti為大氣層上界的溫度,ti-1為大氣層下界的溫度;e0為地表水汽壓,t0為地表溫度;

選擇中國低緯度地區(qū)的8個探空氣象站2010年1-12月的數(shù)據(jù)作為建模數(shù)據(jù),如表1所示;

表18個探空氣象站基本信息

利用上述8個探空氣象站的2010年1-12月的探空氣象數(shù)據(jù)根據(jù)公式(1)計算出8個探空氣象站的加權(quán)平均溫度tm真值;

s3:利用步驟s2獲得的加權(quán)平均溫度近似真值tm,采用最小二乘法確定itm模型的系數(shù)a0、a1、a2和a3的值,即a0=114.6639,a1=0.5932,a3=-0.2158,a4=-0.0015;

s4:根據(jù)建立的itm模型,利用測站的地面溫度ts、測站緯度φ、測站高程h計算加權(quán)平均溫度itm。

以平均偏差bias和中誤差rmse作為模型比較分析驗(yàn)證的基本標(biāo)準(zhǔn),它們的計算式分別為:

其中:n是用于測試數(shù)據(jù)的數(shù)量;為模型計算值;為真值,即通過探空資料獲得的tm產(chǎn)品。

為分析新模型在中國低緯度地區(qū)的適用性,列舉了bevis模型與王曉英建立的中國區(qū)域的tm1模型算例與之進(jìn)行對比。利用中國低緯度地區(qū)探空站的位置和地面溫度等信息分別計算出其對應(yīng)的加權(quán)平均溫度tm并與通過探空資料計算出的加權(quán)平均溫度tm真值進(jìn)行比較分析。表2給出了這三種模型在8個探空氣象站上加權(quán)平均溫度的bias以及rmse。

表2三種模型誤差分析表

從表2中可以看出itm模型更貼近于tm真值的變化趨勢,bevis模型在除在蒙自站的偏差為-0.19k外,在其他測站的偏差均為正值,平均偏差為1.06k,存在明顯性的系統(tǒng)性偏差。tm1模型在8個站的平均偏差為-0.41k,其在思茅站的偏差最大為-0.95k。而itm模型的平均偏差僅為0.04,明顯消除了bevis模型在中國地區(qū)的系統(tǒng)性偏差。中誤差方面,bevis模型的平均中誤差達(dá)到了±3.06k,tm1模型平均中誤差為±2.67k,itm模型平均中誤差為±2.15k,相比bevis模型其精度提高了約29.7%。在緯度僅差0.02°而高程相差1297.8m的蒙自站和汕頭站,其中誤差僅為±1.73k和±2.14k,說明itm模型對加權(quán)平均溫度在高程方向上的改進(jìn)效果明顯。

通過以上分析,我們發(fā)現(xiàn):

(1)bevis模型在中國低緯度地區(qū)幾個探空氣象站的偏差基本為正值,平均偏差達(dá)到了1.06k,而加入緯度和高程改正項(xiàng)的itm模型的平均偏差為0.04k,說明itm模型對bevis模型在中國低緯度區(qū)域內(nèi)存在的加權(quán)平均溫度系統(tǒng)偏差有很大的改進(jìn)作用。

(2)通過比較可以發(fā)現(xiàn),在中國低緯度地區(qū)itm模型的計算精度要明顯高于bevis模型的精度。bevis模型平均中誤差為±3.06k,itm模型平均中誤差為±2.15k。相對于bevis模型,itm模型的精度提高了約29.7%。這說明相對于bevis模型,itm模型能更好的擬合中國低緯度區(qū)域的加權(quán)平均溫度的變化規(guī)律。

因此,對于中國低緯度地區(qū),可以利用本發(fā)明提出的方法計算其加權(quán)平均溫度。

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