本申請涉及氣象水文領(lǐng)域，尤其涉及一種基于因果關(guān)系約束的多源降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正與降尺度方法。

背景技術(shù)：

1、降水是地球氣候系統(tǒng)中的重要組成部分，直接影響著農(nóng)業(yè)、水資源、自然災(zāi)害等方面。然而，降水觀測和預(yù)測中存在許多問題，例如傳統(tǒng)觀測方法存在空間和時(shí)間分辨率低、局部采樣偏差等問題，導(dǎo)致降水?dāng)?shù)據(jù)質(zhì)量的不確定性增加。因此，如何準(zhǔn)確、可靠地獲取和分析降水?dāng)?shù)據(jù)，成為當(dāng)前氣候變化和極端水文研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

2、傳統(tǒng)的降水觀測方法有衛(wèi)星測量、地面雷達(dá)測量、氣象數(shù)據(jù)再分析和地面氣象站點(diǎn)監(jiān)測等，它們具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。衛(wèi)星降水測量范圍廣泛，時(shí)空連續(xù)性高，但其精度容易受氣候區(qū)域、季節(jié)變化、海拔和降水強(qiáng)度等因素的影響；地面雷達(dá)測量降水精度高于衛(wèi)星，但其測量范圍有限，且其精度受環(huán)境和氣候條件影響較大；氣象再分析數(shù)據(jù)具有廣闊的空間范圍和長時(shí)間序列，但與真實(shí)降水場存在較大差異；地面氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)觀測精度最高，但其只能測量單點(diǎn)降水，同時(shí)由于經(jīng)濟(jì)、地形等因素導(dǎo)致空間分布不均勻，難以獲得空間連續(xù)的降水資料。

3、為了綜合多源降水?dāng)?shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，獲得更精確可靠的高質(zhì)量降水?dāng)?shù)據(jù)，基于多源降水?dāng)?shù)據(jù)融合方法的降水?dāng)?shù)據(jù)校正和降尺度已成為解決降水?dāng)?shù)據(jù)質(zhì)量問題的重要途徑。目前的融合方法可以分為兩類，即傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法和機(jī)器學(xué)習(xí)方法。傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法主要依靠插值和回歸來對降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行融合。近年來機(jī)器學(xué)習(xí)中的深度學(xué)習(xí)方法也被廣泛用于數(shù)據(jù)融合，由于目前降水?dāng)?shù)據(jù)具有來源廣、易獲得的特點(diǎn)，與深度學(xué)習(xí)需要大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練的要求相契合。因此，結(jié)合多源降水?dāng)?shù)據(jù)，通過深度學(xué)習(xí)方法對降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行融合，可以更好地彌補(bǔ)各種數(shù)據(jù)的缺陷，提高降水?dāng)?shù)據(jù)的質(zhì)量和精度，從而為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供可靠的數(shù)據(jù)支持。然而深度學(xué)習(xí)模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)和參數(shù)類似于黑盒，通過直接擬合大量已知數(shù)據(jù)得到學(xué)習(xí)模型，其內(nèi)部機(jī)理難以理解，特征之間相互作用不明確，模型泛化性能依賴大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)支持。

4、基于此，研究多源降水?dāng)?shù)據(jù)及相關(guān)因子之間的統(tǒng)計(jì)因果關(guān)系，探索適用于融合不同數(shù)據(jù)源的降水?dāng)?shù)據(jù)校正與降尺度方法，可以為降水研究提供更準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為氣象預(yù)報(bào)、自然災(zāi)害監(jiān)測和水資源管理等領(lǐng)域提供有力的支持和幫助。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：為了解決傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法存在內(nèi)部機(jī)理難以理解，特征之間相互作用不明確，模型泛化性能依賴大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)支持的技術(shù)問題，提供一種基于因果關(guān)系約束的多源降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正與降尺度方法。

2、本申請的上述目的是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

3、s1：采集多源降水?dāng)?shù)據(jù)和降水輔助數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理；多源降水?dāng)?shù)據(jù)包括：地面氣象站點(diǎn)降水?dāng)?shù)據(jù)、衛(wèi)星降水?dāng)?shù)據(jù)以及氣象再分析數(shù)據(jù)；

4、s2：構(gòu)建研究區(qū)域中的各個(gè)地面氣象站點(diǎn)的基于gca的特征因果關(guān)系結(jié)構(gòu)樹；

5、s3：構(gòu)建lstm降水?dāng)?shù)據(jù)校正模型；

6、s4：通過特征因果關(guān)系結(jié)構(gòu)樹的因果關(guān)系信息，對lstm降水?dāng)?shù)據(jù)校正模型進(jìn)行改進(jìn)，得到clstm降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正模型；clstm降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正模型包括：線性的clstm-linar降水?dāng)?shù)據(jù)校正模型以及非線性的clstm-nolinar降水?dāng)?shù)據(jù)校正模型；

7、s5：根據(jù)泰森多邊形理論，將整個(gè)研究區(qū)域劃分為預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)的子區(qū)域；每個(gè)子區(qū)域包含至少一個(gè)地面氣象站點(diǎn)；使用子區(qū)域內(nèi)的clstm降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正模型，對每個(gè)子區(qū)域的多源降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行降水校正；

8、s6：基于grasps方法，對多源降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行降尺度，得到降尺度降水?dāng)?shù)據(jù)；

9、s7：通過clstm-nolinar降水?dāng)?shù)據(jù)校正模型和降尺度降水?dāng)?shù)據(jù)，構(gòu)建降水校正及降尺度模型casual-grasps；

10、s8：通過降水校正及降尺度模型casual-grasps，得到高精度、高分辨率和高時(shí)空連續(xù)的融合降水?dāng)?shù)據(jù)集。

11、一種電子設(shè)備，包括處理器、存儲器、用戶接口及網(wǎng)絡(luò)接口，所述存儲器用于存儲指令，所述用戶接口和網(wǎng)絡(luò)接口用于給其他設(shè)備通信，所述處理器用于執(zhí)行所述存儲器中存儲的指令，以使所述電子設(shè)備執(zhí)行一種基于因果關(guān)系約束的多源降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正與降尺度方法。

12、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有指令，當(dāng)所述指令被執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行一種基于因果關(guān)系約束的多源降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正與降尺度方法。

13、本申請?zhí)峁┑募夹g(shù)方案帶來的有益效果是：

14、建立降水及其輔助數(shù)據(jù)特征之間的因果關(guān)系樹，搭建對應(yīng)因果關(guān)系約束的clstm降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正模型，融合了grasps方法，生成了因果關(guān)系約束的多源降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正與降尺度方法casual-?grasps，為降水等氣象數(shù)據(jù)的降尺度提供可靠的方法。

技術(shù)特征：

1.一種基于因果關(guān)系約束的多源降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正與降尺度方法，其特征在于，方法包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于因果關(guān)系約束的多源降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正與降尺度方法，其特征在于，步驟s1包括：

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于因果關(guān)系約束的多源降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正與降尺度方法，其特征在于，步驟s1還包括：

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于因果關(guān)系約束的多源降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正與降尺度方法，其特征在于，步驟s2包括：

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于因果關(guān)系約束的多源降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正與降尺度方法，其特征在于，步驟s7包括：

6.如權(quán)利要求5所述的一種基于因果關(guān)系約束的多源降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正與降尺度方法，其特征在于，步驟s72包括：

7.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括處理器(501)、存儲器(505)、用戶接口(503)及網(wǎng)絡(luò)接口(504)，所述存儲器(505)用于存儲指令，所述用戶接口(503)和網(wǎng)絡(luò)接口(504)用于給其它設(shè)備通信，所述處理器(501)用于執(zhí)行所述存儲器(505)中存儲的指令，以使所述電子設(shè)備執(zhí)行如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的方法。

8.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有指令，當(dāng)所述指令被計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┝艘环N基于因果關(guān)系約束的多源降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正與降尺度方法，涉及氣象水文領(lǐng)域，方法包括：對多源降水?dāng)?shù)據(jù)建立特征因果關(guān)系結(jié)構(gòu)樹，在LSTM深度學(xué)習(xí)校正模型基礎(chǔ)上加入特征因果關(guān)系的約束；搭建因果關(guān)系約束下的CLSTM降水?dāng)?shù)據(jù)精度校正模型，融合GRASPS降水?dāng)?shù)據(jù)降尺度方法，生成了因果關(guān)系約束的降水校正及降尺度模型Casual?GRASPS，生成符合統(tǒng)計(jì)因果關(guān)系的高精度、高分辨率、高時(shí)空連續(xù)融合降水?dāng)?shù)據(jù)集。本發(fā)明有益效果是：為降水等氣象數(shù)據(jù)的降尺度提供可靠的方法，為流域和城市區(qū)域精細(xì)尺度降水研究提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

技術(shù)研發(fā)人員：張翔,劉鑫,顧西輝,崔囤月,張旭,陳能成
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9