[发明专利]多参数、多算法集成的雷电精细化监测预警算法

说明书

本发明涉及雷电预警领域，公开了一种多参数、多算法集成的雷电精细化监测预警算法，包括如下步骤：S1：模型训练数据处理；S2：构建雷电聚类算法模型；S3：构建多源资料的单一预警模型；S4：构建综合预警模型；S5：综合预警规则设置；本发明提供基于雷达、大气电场、闪电的单一预警模型以及多参数、多算法集成的综合雷电监测预警算法；利用雷电监测网络的大气电场和闪电定位资料，结合雷达资料，研发基于多源资料融合分析雷电预报预警技术，形成网格为1km*1km，提前量1h、逐时6min的精细化雷电预警产品，对服务对象发布雷暴发生区域及强度预警。

技术领域

本发明涉及雷电预警领域，更具体地说，它涉及多参数、多算法集成的雷电精细化监测预警算法。

背景技术

为满足现代气象业务现代化和集约化发展需要，中国气象局提出并制定了气象业务内网系统建设任务(气预函〔2012〕94号)，并要求各省/自治区建立相应业务内网系统，即“整合相关业务单位业务产品资源，建立集约化的数据环境，提供一个能浏览、检索与综合显示实况监测、预报预测、预警信息、历史气候资料以及信息网络等业务信息的共享平台，使得业务人员能快捷获取各类信息从而有效支撑观测、监测、预报、预警及服务等业务”。

发明内容

本发明提供多参数、多算法集成的雷电精细化监测预警算法，包括如下步骤：

S1：模型训练数据处理，将实时接入或人工导入进平台的数据处理成符合模型训练需要的数据类型，将雷达资料、大气电场资料、闪电资料进行针对性解析，为模型训练提供准确的数据；

S2：构建雷电聚类算法模型，从一个随机选定的雷电对象出发，朝着雷电分布密度高的区域扩张，最终将所有雷电对象组织成一个能够反映雷电分布结构的可视化有序序列；

S3：构建多源资料的单一预警模型，包括基于雷达资料的预警模型、基于大气电场资料的预警模型以及基于闪电资料的预警模型，通过输入不同的数据，并对数据进行预处理，用80％的数据作为训练集、20％的数据作为测试集，对各类模型进行训练和验证，最终实现利用不同资料进行单一雷电预警模型；

S4：构建综合预警模型，先由单一雷达模型加载出雷暴的初始场，然后用三维闪电、大气电场模型结果对其进行校验与订正，最后基于订正后的落区结果，实现对雷暴路径进行重新规划；

S5：综合预警规则设置，不同的探测资料通过预警算法模块生产单一的客观预警产品，基于这些客观预警模型及相应的权重设置，可进行综合预警，生成综合预警模型。

进一步地：在S1中，对雷达资料的处理包括：

将以极坐标形式的雷达基数据解析为笛卡尔坐标下的格点数据；

选取VIL、回波顶高、组合反射率的正、负样本数据；其中，正样本数据包括闪电发生时2个网格内数据的众数和平均值(CR:众数,VIL/ET:平均值)，负样本数据包括离闪电发生前后三小时之后2个网格内数据的众数和平均值(CR:众数,VIL/ET:平均值)；

抽样选取每个月的样本数据，剔除存在异常值、缺失值的样本数据，包括百分之八十的训练集数据，以及百分之二十的测试集数据，正负样本数据的比例为一比一，数据集特征包括CR、ET、VIL、ECHO、时间、是否闪电。

进一步地：在S1中，对大气电场资料的处理包括：

异常值处理

异常值即偏离平均值三个或以上标准差的数据，这里用平均值代替异常值，计算公式：

单位电场值计算

因为电场仪测量大气电场时，可能存在海拔高度的影响，测量出的电场强度存在误差、不够真实。于是，结合站点海拔、云顶高度计算单位大气电场强度来消除这种误差影响，计算方法如下：