[发明专利]对流层顶风场反演方法、装置、存储介质及计算机设备

说明书

本发明公开了一种基于气象卫星的对流层顶风场反演方法、装置、存储介质及计算机设备。其中方法包括以下步骤，基于气象卫星观测数据反演获得对流层顶气压数据，并将所述对流层顶气压数据从卫星观测投影模式转换到等经纬度投影模式；再计算各纬度的科里奥利力，采用差分法获得所述对流层顶风场的风速分量数值,并根据纬度值确定所述风场的风速分量方向；再获得对流层顶风场的风速；将反演得到的对流层顶风场数据输出。本发明反演方法得到的对流层顶风场结果与现有技术反演的结果保持一致，具备有效性，且能够获得比现有反演方法更高的空间分辨率和时间分辨率的对流层顶风场数据，有利于获得对流层顶的中尺度结构信息及天气气候特征。

技术领域

本发明涉及气象遥感技术领域，尤其涉及一种气象卫星的对流层顶风场反演方法、装置、存储介质及计算机设备。

背景技术

大气对流层顶是对流层的上边界，是对流层和平流层之间的过渡层。在这个区域，大气属性，例如位涡、水汽、温度，以及化学属性含量，例如臭氧、二氧化硫、二氧化碳和很多氮氧化物浓度都会发生突变。大气对流层顶不仅会受到天气发展影响而具有日变化特征，还会随纬度和季节变化发生改变。

大气中的动量主要集中在对流层中高层，特别是在对流层顶附近(10km左右)，它们通常以波(波长约为6000km或更短)的形式向前传播，在传播过程中经过数天到一周的能量耗散，逐渐减弱。从过去大量的观测发现，位于对流层顶的高空风速量级通常为10～100m/s，并具有随着高度逐渐增大，以及随纬度和季节变化的特征。从流场的形式看，它们通常表现为平直气流和旋转气流(带有气旋性或反气旋性弯曲的气流)。从一张对流层顶风场图中，可以清楚地观察中高纬度地区高空急流(风速≥30m/s的强风速带)的位置和强度演变；而且还能追踪气旋和反气旋的位置，以及气流发生汇合和疏散的区域。这些在大气动力学中具有重要物理含义的特征和指标对气候变化以及天气预报都具有非常关键的指示作用。

在过去几十年中，对流层顶风场主要依赖于无线电探空测风仪直接观测获得，这些资料空间分布非常稀疏，两个观测站点的距离平均在200km～300km。随着高分辨率的数值模式的发展，例如ECMWF-Interim全球再分析数据，科学家可以借助三维风场，通过垂直插值得到对流层顶高度上的风场分布情况。这种基于数值预报资料的对流层顶风场的空间和时间分辨率分别约为75km和6小时，且该数值预报资料具有严重的时间滞后性，由于需要加入观测资料进行订正，时间上通常会滞后3个月。目前全球数值模式的最高分辨率为0.25°，约为25km，时间分辨率最高为1小时，无法满足天气预报中实时获取高时空分辨率资料要求。基于此，有必要反演得到一种实时的高时空分辨率的大气对流层顶风场反演方法。

发明内容

本发明提供了一种基于气象卫星的对流层顶风场反演方法及装置，该方法及装置能够基于气象卫星的观测资料及有关信息，反演得到高分辨率的时间及空间对流层顶风场数据，便于深入认识大气对流层顶风场及其时空分布特征。

本发明提供了一种基于气象卫星的对流层顶风场反演方法，包括以下步骤：

基于气象卫星观测数据反演获得对流层顶气压数据；

计算各纬度的科里奥利力，基于所述各纬度的科里奥利力和所述对流层顶气压数据获得所述对流层顶风场的风速分量数值,并根据纬度值确定所述风场的风速分量方向；

基于所述风场的风速分量数值和方向反演出对流层顶风场的风速；

将反演出的对流层顶风场的风速数据输出，以区分对流层顶风场的风速。

根据本发明的实施例，所述基于气象卫星观测数据反演获得对流层顶气压数据，包括：

基于气象卫星反演的温度廓线资料，计算温度垂直递减率最小值或温度最低值所在高度的气压来获得对流层顶气压；

或者利用气象卫星的臭氧探测仪的资料反演得到大气臭氧总量，并基于大气臭氧总量通过回归计算式获得臭氧对流层顶气压；