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一种基于气象卫星数据的雷电预警方法.pdf

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一种 基于 气象卫星 数据 雷电 预警 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910029522

申请日:

20190113

公开号:

CN109444990A

公开日:

20190308

当前法律状态:

实质审查的生效

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效
IPC分类号: G01W1/10;G08B21/10 主分类号: G01W1/10;G08B21/10
申请人: 卜俊伟
发明人: 卜俊伟;陈忠明;靳小兵;张远扬;余海蓉;张亮;张琨
地址: 610072 四川省成都?#26143;?#32650;区光华村街20号
优先权:
专利代理机构: 代理人:
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910029522

授权公告号:

法律状态公告日:

20190402

法律状态类型:

实质审查的生效

摘要

本发明涉及一种基于气象卫星数据的雷电预警方法,解决的是受地?#25105;?#32032;和探测范围影响的技术问题,通过采用本发明通过对卫星观测的气象资料的分析和加工处理,并建立卫星观测资料与雷电发生之间的关系,建立基于卫星观测产品的雷电预警模型,利用雷电实时监测资料检验该雷电预警模型,建立一个适合的雷电检验方法,并对该预警模型进行检验优化的技术方案,较好的解决了该问题,可用于雷电预警中。

权利要求书

1.一种基于气象卫星数据的雷电预警方法,其特征在于:所述基于气象卫星数据的雷电预警方法包括 ?#34903;?#19968;,加工处理空基观测的气象卫星观测资料建立预警数据库,实时监测雷电发生的经纬度坐标和雷电发生时间; ?#34903;?#20108;,根据雷电发生时间在预警数据库中查询出距离此?#21355;?#30005;发生时间最近时刻的卫星观测资料,再根据雷电发生的经纬度坐标计算确定距离雷电发生点最近的气象卫星观测点经纬度坐标,并定义为参考坐标点,在预警数据库中查询出对应的云顶亮温值T1; ?#34903;?#19977;,定义时间偏差t2-t1,根据时间偏差t2-t1查询时间偏差后的参考坐标点的偏差云顶亮温值T2; ?#34903;?#22235;,计算温度变化?#30465;鱐=T2-T1/(△t); ?#34903;?#20116;,根据云顶亮温值T1、,偏差云顶亮温值T2,以及温度变化?#30465;鱐建立雷电预警模型; ?#34903;?#20845;,输入气象卫星数据与对应的雷电发生数据对雷电预警模型进行验证优化,重复直至雷电预警模型输出的预警准确率达到预先设定的准确?#39318;?#20302;值。 2.根据权利要求1所述的基于气象卫星数据的雷电预警方法,其特征在于:所述雷电预警结果依照雷电发生的可能?#28304;?#23567;到大依次分为无预警、黄色预警、橙色预警、红色预警。 3.根据权利要求2所述的基于气象卫星数据的雷电预警方法,其特征在于:雷电预警模型中,云顶亮温值T1、,偏差云顶亮温值T2均低于220K,定义时间偏差t2-t1为30?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为红色预警;对应的温度变化?#30465;鱐>5K时,定义雷电预警结果为橙色预警; 云顶亮温值T1、,偏差云顶亮温值T2均在[220K,239K],定义时间偏差t2-t1为30?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为橙色预警;对应的温度变化?#30465;鱐>5K时,定义雷电预警结果为红色预警; 云顶亮温值T1、,偏差云顶亮温值T2均超过239K,定义时间偏差t2-t1为30?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[5K,10K]时,定义雷电预警结果为黄色预警。 4.根据权利要求2所述的基于气象卫星数据的雷电预警方法,其特征在于: 雷电预警模型中,云顶亮温值T1、,偏差云顶亮温值T2均低于220K,定义时间偏差t2-t1为15?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为红色预警;对应的温度变化?#30465;鱐>5K时,定义雷电预警结果为橙色预警; 云顶亮温值T1、,偏差云顶亮温值T2均在[220K,239K],定义时间偏差t2-t1为15?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为橙色预警;对应的温度变化?#30465;鱐>5K时,定义雷电预警结果为红色预警; 云顶亮温值T1、,偏差云顶亮温值T2均超过239K,定义时间偏差t2-t1为15?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[5K,10K]时,定义雷电预警结果为黄色预警。 5.根据权利要求2所述的基于气象卫星数据的雷电预警方法,其特征在于: 雷电预警模型中,云顶亮温值T1、,偏差云顶亮温值T2均低于220K,定义时间偏差t2-t1为45?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为红色预警;对应的温度变化?#30465;鱐>5K时,定义雷电预警结果为橙色预警; 云顶亮温值T1、,偏差云顶亮温值T2均在[220K,239K],定义时间偏差t2-t1为45?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为橙色预警;对应的温度变化?#30465;鱐>5K时,定义雷电预警结果为红色预警; 云顶亮温值T1、,偏差云顶亮温值T2均超过239K,定义时间偏差t2-t1为45?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[5K,10K]时,定义雷电预警结果为黄色预警。 6.根据权利要求2所述的基于气象卫星数据的雷电预警方法,其特征在于: 雷电预警模型中,云顶亮温值T1、,偏差云顶亮温值T2均低于220K,定义时间偏差t2-t1为60?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为红色预警;对应的温度变化?#30465;鱐>5K时,定义雷电预警结果为橙色预警; 云顶亮温值T1、,偏差云顶亮温值T2均在[220K,239K],定义时间偏差t2-t1为60?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为橙色预警;对应的温度变化?#30465;鱐>5K时,定义雷电预警结果为红色预警; 云顶亮温值T1、,偏差云顶亮温值T2均超过239K,定义时间偏差t2-t1为60?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[5K,10K]时,定义雷电预警结果为黄色预警。

说明书


一种基于气象卫星数据的雷电预警方法
技术领域


本发明涉及雷电预警领域,具体涉及一种基于气象卫星数据的雷电预警方法。


背景技术


雷电是发生于大气中的一种瞬态大电流、高电压、强电磁辐射的天气现象,它的产
生是目前人类无法控制和阻止的,其特点是放电电压高,电流幅值大,变化快,放电时间短,
电流波形陡度大。其强大的电流、炽热的高温、猛烈的冲击波、剧变的电磁场,以及强烈的电
磁辐射等物理效应使其在瞬时产生巨大的破坏作用。雷电灾害监测预警作为公众气象预报
和灾害性天气警报的内容之一,提高雷电监测准确性和预警预报服务的水平,关?#26723;?#20154;民
生活的安全和全社会经济的发展。


目前对于雷电预警一般采用三种方法:第一种闪电定位仪方法,该方法主要通过
组网闪电定位仪实现对雷电实时监测,根据实际发生的雷电落点及风场资料确定未来雷电
可能的落区和发生的概?#30465;?#27492;方法缺陷在于依据雷电监测实况?#30913;?#26029;未来雷电活动趋势预
警时效滞后,且依赖于闪电定位仪探测效率和探测精度,一般雷电探测效率应\u0026gt;70%,探测
精度\u0026lt;3km。然而四川省雷电监测网建设时间为2005年,实际探测效率已经\u0026lt;50%,探测精度\u0026gt;
5km。由于此种方法在预警时效性和准确性上对雷电监测网探测效率和精度依赖太高,具有
较大缺陷,雷电预警漏报率太高,且没有提前时效。第二种大气电场阈值方法:该方法是通
过在某一雷电预警需求点上安装一台大气电场仪,测量各种天气条件下近地面大气静电场
强度、极性连续变化,同时可以探测周边带电云团和雷电放电所引起的电场变化,通过设置
大气电场阈值来达到预警。此种方法需要先对该地区大气电场仪背景值进行研究,再设置
雷电来临前或闪电发生时大气电场的异常变化大气电场阈值。第三种雷达资料预警:该方
法是利用雷达产品中与雷电相关的资料,结合闪电发生实况,将资料格点化到同一格点场,
利用配料法确定雷达预警因子,得到雷电预警指标。


现有的雷达预警方法均采用地基气象观测资料,存在受地?#25105;?#32032;和探测范围影
响,无法对高原及丘陵地区,以及探测?#38236;?#20197;外的区域进行预警的缺陷。本发明提供一种基
于气象卫星数据的雷电预警方法,用以解决上述技术问题。


发明内容


本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的受地?#25105;?#32032;和探测范围影响的
技术问题。提供一种新的基于气象卫星数据的雷电预警方法,该基于气象卫星数据的雷电
预警方法具有突破地形限制的特点。


为解决上述技术问题,采用的技术方案如下:


一种基于气象卫星数据的雷电预警方法,所述基于气象卫星数据的雷电预警方法
包括:


?#34903;?#19968;,加工处理空基观测的气象卫星观测资料建立预警数据库,实时监测雷电
发生的经纬度坐标和雷电发生时间;


?#34903;?#20108;,根据雷电发生时间在预警数据库中查询出距离此?#21355;?#30005;发生时间最近时
刻的卫星观测资料,再根据雷电发生的经纬度坐标计算确定距离雷电发生点最近的气象卫
星观测点经纬度坐标,并定义为参考坐标点,在预警数据库中查询出对应的云顶亮温值T
1;


?#34903;?#19977;,定义时间偏差t2-t1,根据时间偏差t2-t1查询时间偏差后的参考坐标点
的偏差云顶亮温值T
2;


?#34903;?#22235;,计算温度变化?#30465;鱐=T
2-T
1/(△t);


?#34903;?#20116;,根据云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2,以及温度变化?#30465;鱐建立雷电预
警模型;


?#34903;?#20845;,输入气象卫星数据与对应的雷电发生数据对雷电预警模型进行验证优
化,重复直至雷电预警模型输出的预警准确率达到预先设定的准确?#39318;?#20302;值。


本发明的工作原理:本发明通过对卫星观测的气象资料的分析和加工处理,并建
立卫星观测资料与雷电发生之间的关系,建立基于卫星观测产品的雷电预警模型,利用雷
电实时监测资料检验该雷电预警模型,建立一个适合的雷电检验方法,并对该预警模型进
行检验优化,可采用重复迭代、遗传优化等优化算法。本发明系对四川省地区利用气象卫星
资料开展雷电预警指标研究,并取得?#31169;?#22909;的预警效果。


上述方案中,为优化,进一步地,雷电预警结果依照雷电发生的可能?#28304;?#23567;到大依
次分为无预警、黄色预警、橙色预警、红色预警。


进一步地,雷电预警模型中,云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均低于220K,定义
时间偏差t2-t1为30?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为红色预
警;对应的温度变化?#30465;鱐>5K时,定义雷电预警结果为橙色预警;


云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均在[220K,239K],定义时间偏差t2-t1为30分
钟,对应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为橙色预警;对应的温度变化率
△T>5K时,定义雷电预警结果为红色预警;


云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均超过239K,定义时间偏差t2-t1为30?#31181;櫻?#23545;
应的温度变化?#30465;鱐=[5K,10K]时,定义雷电预警结果为黄色预警。


进一步地,雷电预警模型中,云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均低于220K,定义
时间偏差t2-t1为15?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为红色预
警;对应的温度变化?#30465;鱐>5K时,定义雷电预警结果为橙色预警;


云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均在[220K,239K],定义时间偏差t2-t1为15分
钟,对应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为橙色预警;对应的温度变化率
△T>5K时,定义雷电预警结果为红色预警;


云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均超过239K,定义时间偏差t2-t1为15?#31181;櫻?#23545;
应的温度变化?#30465;鱐=[5K,10K]时,定义雷电预警结果为黄色预警。


进一步地,雷电预警模型中,云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均低于220K,定义
时间偏差t2-t1为45?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为红色预
警;对应的温度变化?#30465;鱐>5K时,定义雷电预警结果为橙色预警;


云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均在[220K,239K],定义时间偏差t2-t1为45分
钟,对应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为橙色预警;对应的温度变化率
△T>5K时,定义雷电预警结果为红色预警;


云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均超过239K,定义时间偏差t2-t1为45?#31181;櫻?#23545;
应的温度变化?#30465;鱐=[5K,10K]时,定义雷电预警结果为黄色预警。


进一步地,雷电预警模型中,云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均低于220K,定义
时间偏差t2-t1为60?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为红色预
警;对应的温度变化?#30465;鱐>5K时,定义雷电预警结果为橙色预警;


云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均在[220K,239K],定义时间偏差t2-t1为60分
钟,对应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为橙色预警;对应的温度变化率
△T>5K时,定义雷电预警结果为红色预警;


云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均超过239K,定义时间偏差t2-t1为60?#31181;櫻?#23545;
应的温度变化?#30465;鱐=[5K,10K]时,定义雷电预警结果为黄色预警。


本发明的有益效果:本发明采用的气象卫星观测资料是空基观测资料,其观测范
围可以覆盖很大的区域,资料控件分辨率可达0.05°×0.05°。本发明利用四川省2009-2012
年的气象卫星资料及雷电监测资料实况来实现。用四川省2013年-2014年的雷电观测资料
结果进行验证。2013年和2014年强雷电过程共计6个。检验结果表明红色预警区域与橙色预
警区域发生雷电的总数量占总数的90%以上,即预警准确率在90%以上。


附图说明


下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。


图1,实施例1中的基于气象卫星数据的雷电预警方法流程示意图。


图2,计算参考坐标点的示意图。


具体实施方式


为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明
进行进一?#36739;?#32454;说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限
定本发明。


实施例1


本实施例提供一种基于气象卫星数据的雷电预警方法,如图1,所述基于气象卫星
数据的雷电预警方法包括:


?#34903;?#19968;,加工处理空基观测的气象卫星观测资料建立预警数据库,实时监测雷电
发生的经纬度坐标和雷电发生时间;


?#34903;?#20108;,根据雷电发生时间在预警数据库中查询出距离此?#21355;?#30005;发生时间最近时
刻的卫星观测资料,再根据雷电发生的经纬度坐标计算确定距离雷电发生点最近的气象卫
星观测点经纬度坐标,并定义为参考坐标点,在预警数据库中查询出对应的云顶亮温值T
1;


?#34903;?#19977;,定义时间偏差t2-t1,根据时间偏差t2-t1查询时间偏差后的参考坐标点
的偏差云顶亮温值T
2;


?#34903;?#22235;,计算温度变化?#30465;鱐=T
2-T
1/(△t);


?#34903;?#20116;,根据云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2,以及温度变化?#30465;鱐建立雷电预
警模型;


?#34903;?#20845;,输入气象卫星数据与对应的雷电发生数据对雷电预警模型进行验证优
化,重复直至雷电预警模型输出的预警准确率达到预先设定的准确?#39318;?#20302;值。


本实施例中,可将雷电预警结果依照雷电发生的可能?#28304;?#23567;到大依次分为无预
警、黄色预警、橙色预警、红色预警。本实施例中计算确定距离雷电发生点最近的气象卫星
观测点经纬度坐标可以按照图2中的方法进行确定。


具体地,雷电预警模型中,云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均低于220K,定义时
间偏差t2-t1为30?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为红色预
警;对应的温度变化?#30465;鱐>5K时,定义雷电预警结果为橙色预警;


云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均在[220K,239K],定义时间偏差t2-t1为30分
钟,对应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为橙色预警;对应的温度变化率
△T>5K时,定义雷电预警结果为红色预警;


云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均超过239K,定义时间偏差t2-t1为30?#31181;櫻?#23545;
应的温度变化?#30465;鱐=[5K,10K]时,定义雷电预警结果为黄色预警。


具体地,雷电预警模型中,云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均低于220K,定义时
间偏差t2-t1为15?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为红色预
警;对应的温度变化?#30465;鱐>5K时,定义雷电预警结果为橙色预警;


云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均在[220K,239K],定义时间偏差t2-t1为15分
钟,对应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为橙色预警;对应的温度变化率
△T>5K时,定义雷电预警结果为红色预警;


云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均超过239K,定义时间偏差t2-t1为15?#31181;櫻?#23545;
应的温度变化?#30465;鱐=[5K,10K]时,定义雷电预警结果为黄色预警。


具体地,雷电预警模型中,云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均低于220K,定义时
间偏差t2-t1为45?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为红色预
警;对应的温度变化?#30465;鱐>5K时,定义雷电预警结果为橙色预警;


云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均在[220K,239K],定义时间偏差t2-t1为45分
钟,对应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为橙色预警;对应的温度变化率
△T>5K时,定义雷电预警结果为红色预警;


云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均超过239K,定义时间偏差t2-t1为45?#31181;櫻?#23545;
应的温度变化?#30465;鱐=[5K,10K]时,定义雷电预警结果为黄色预警。


具体地,雷电预警模型中,云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均低于220K,定义时
间偏差t2-t1为60?#31181;櫻?#23545;应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为红色预
警;对应的温度变化?#30465;鱐>5K时,定义雷电预警结果为橙色预警;


云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均在[220K,239K],定义时间偏差t2-t1为60分
钟,对应的温度变化?#30465;鱐=[0K,5K]时,定义雷电预警结果为橙色预警;对应的温度变化率
△T>5K时,定义雷电预警结果为红色预警;


云顶亮温值T
1、,偏差云顶亮温值T
2均超过239K,定义时间偏差t2-t1为60?#31181;櫻?#23545;
应的温度变化?#30465;鱐=[5K,10K]时,定义雷电预警结果为黄色预警。


随着时间偏差值越大,预警模型优化需要的次数就越多。


尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述,以便于本技术领域的技术
人员能够理解本发明,但是本发明不仅限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技
术人员而言,只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内,一
切利用本发明构思的发明创造均在保护之?#23567;?br>

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