[发明专利]一种基于气象大数据的区域道路结冰高精度监测预警系统

说明书

本发明公开了一种基于气象大数据的区域道路结冰高精度监测预警系统，包括硬件运行环境搭建、实况数据收集与分析、中尺度数值预报工具非线性计算、气温集合预报结果线性校正、区域地表温度反演以及区域道路结冰状况预警。本发明的有益效果是：引入了气象卫星的数据，扩大了气象观测数据的维度，参与数值预报模式的资料同化，间接提升了预报结果的精度；引入了数值模式集合预报，在对预报结果进行集合时，采用滑动训练期，权重系数随时间发生变化，提高了准确性；利用多种代表性站点，通过线性分析，探寻不同地理环境下气温、地表温度、水汽的关系，再由点到面，提升了区域道路结冰状况预测的准确性。

技术领域

本发明涉及一种监测预警系统，具体为一种基于气象大数据的区域道路结冰高精度监测预警系统，属于大气探测和气象预报技术领域。

背景技术

随着社会经济的发展和科技进步，交通运输已成为国家经济生产和人民社会生活的重要命脉，然而，交通运输的各个环节都受到气象条件的直接影响。据资料统计，我国公路上的交通事故中有50％、重特大交通事故中有71％、直接经济损失中有65％的比例发生在因不良气象条件产生的恶劣天气中，在冬季和早春，道路结冰的影响尤为显著。出现道路结冰时，由于车轮与路面摩擦作用大大减弱，容易打滑，刹不住车，造成交通事故。行人也容易滑倒，造成摔伤，现有的针对道路结冰的气象服务，一是利用自动气象站，进行道路结冰的监测，再以探测结果进行预警；二是利用气象预报结果中的气温数据，估测可能发生的道路结冰。

然而对于现有的气象服务，其一、目前的气象观测，多为单点观测，无法对大区域内多种地理环境下的道路结冰状况进行监测，其二、地表温度与气温虽然存在较好的相关关系，但两者的相关性受多种因素的影响。地表温度的变化受到地物性质、干湿状况等影响，而气温受周边环境的影响。因此，仅用气温的预报数据，无法较准确地预测道路结冰情况，其三、道路结冰除了与地表温度相关外，还与水汽含量有关，即使没有发生降水，也有可能发生结冰现象，自动气象站无法实现大区域的水汽含量总体监测。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于气象大数据的区域道路结冰高精度监测预警系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于气象大数据的区域道路结冰高精度监测预警系统，包括以下步骤：

步骤1、硬件运行环境搭建，通过基于Infiniband的超高速网络的服务器集群技术，完成并行运算，并解决数据交互存储的带宽和容量问题，用以满足进行气象资料数据处理所需要的大量密集运算；

步骤2、实况数据收集、分析，通过自动气象站，获取实时的干球温度(气温)、地表温度、道路结冰、相对温度、风速、降水、蒸发量、辐射通量、能见度等气象要素；

其中，每个站点代表一种道路所在区域类别，包括山区的阴面或阳面、江河湖海附近、平原等。

步骤3、中尺度数值预报工具(WRF)非线性计算，将上述气象观测资料与欧洲中期气象预报中心(ECMWF)的EC数值预报模式、美国国家环境预报中心(NECP)的GFS数值预报模式初始场、边界场的数据导入数据池，然后通过运用三维变分算法(3D-Var)进行资料同化；

假定气象变量的观测值为O，且该变量的背景值(如平均值、数值模式的预报值等)为F，方差为σ_O和σ_F，于是得到一个加权平均值：

上述A其实是下面价函数J(S)的极小值：