[发明专利]一种基于图像特征组合的降水相似预报方法

说明书

本发明涉及图像检索技术领域，具体涉及一种基于图像特征组合的天气形势场降水相似预报方法，通过提取形势场的整体特征、局部特征、等值线的特征、非线性降维特征，针对提取出的特征做相似性度量，使多个特征共同决定检索结果，实现基于形势场的降水相似预报，提升了最终结果的准确率。此外，将历史形势场的低维特征提取出之后存入历史特征数据库，在计算相似度时直接对低维的特征做相似度量，提高了检索速度。本发明可以用于气象领域中降水量的分析问题。

技术领域

本发明涉及图像检索技术领域，尤其涉及一种基于图像特征组合的天气形势场降水相似预报方法。

背景技术

降水情况对生产生活、社会经济、水利防汛等方面密切相关，对于降水情况的分析及预测一直是重要的服务工作，做好降水预报不仅关系到粮食安全，而且关乎国计民生，所以如何使降水预报更为客观化、定量化、准确化已成为天气预报业务中至关重要的内容，而相似预报方法是目前在降水预报中经常使用的方法。

相似预报的主要问题就是检索问题，目前，国内外的研究主要集中于相似性测度算法，现有的相似性测度算法在计算相似度的过程中都是使用逐个格点的距离计算的，但目前采用距离系数作为相似性测度的判据都是一种平均意义上的描述，将二维的数据展成一维的数据，仅仅考虑了要素场数值的相似性，缺少了对要素场形状特征与整体信息的考虑，这样在两个样本总体特征相似的情况下，很有可能因为少数差值过大或过小的样本点的影响，而使得结果不准确。此外，检索量也很庞大，检索时间很长。

发明内容

发明目的

本发明提出一种基于图像特征组合的降水相似预报方法，其目的在于解决目前点对点的相似预报存在的准确率不高、检索速度慢的问题。

技术方案

一种基于图像特征组合的降水相似预报方法，其特征在于，按以下步骤执行：

步骤1：获取历史形势场数据：具体为海平面气压和500、700、850hPa标准等压面的基本量，包括位势高度、温度、纬向风速、经向风速、气压和比湿资料，以及相对应的历史实况数据，包括每个站点的降水量、能见度、风向风速的历史实况数据；

步骤2：获取数值预报资料中的实时预报场资料，具体为未来某时刻的预报形势场数据；

步骤3：选取相似时间与相似区域；

对于相似时间的选取，根据预报形势场的日期，选取历史上每一年同期的前后15天的时间作为查找范围；

对于相似区域的选取，以研究区域为核心、增加上游系统的相似范围，在进行形势场逐步过滤筛选时，分步进行大、中、小尺度的筛选；其中大尺度为经度25°、纬度20°跨度的长方形，中尺度为经度16°、纬度13°跨度的长方形，小尺度为经度8°、纬度6°跨度的长方形；

建立逐层过滤的相似预报流程计算相似程度，对大尺度高度场进行相似过滤，反映环流形势的相似程度；对中尺度高度场进行相似过滤，表征天气影响系统的相似程度；对小尺度的高度场、温度场进行相似过滤，反映关键区物理量的相似程度；

步骤4：提取历史形势场的多种特征，建立历史特征数据库；

步骤5：提取出预报形势场的各个特征，求出预报形势场的每个特征与历史特征数据库中对应的历史形势场特征之间的皮尔逊相关系数，将其作为子特征的相似距离；将每个子特征相似距离的加权和作为预报形势场样本与历史形势场样本之间的相似程度，即将所有特征相结合，使多个特征共同决定检索结果；逐层过滤的过程中，每一层都使用形势场多个特征的相似距离的加权和衡量形势场之间的相似程度；

步骤6：根据求得的两个样本之间的相似程度，在历史形势场场数据中寻找与预报形势场数据最相似的10个个例，算出此10个个例对应时刻的实况数据中的降水量的加权和，将其作为当前时刻的多站点降水定量预报的结论。