基于GRIB2数据的大气折射率获取方法及系统

本发明涉及气象探测领域，具体涉及基于grib2数据的大气折射率获取方法及系统。

背景技术：

1、大气折射率会改变电磁波的传播途径，从而对雷达探测和微波通信产生较大的影响，为提高相关业务精度，均需进行大气折射误差的修正，这也使得大气折射率的测量研究受到广泛的关注。在对流层中，决定大气折射误差订正精度的关键因素之一就是随高度变化的大气折射率剖面。在大气折射订正中，大气折射率常用的获取方法有直接探测法、模式法等。直接探测法是利用探空气球携带探空仪直接探测大气垂直方向上的气温、气压和湿度等气象数据，直接计算获取大气折射率；模式法是根据历史气象数据通过统计学手段得到代用大气折射率的经验数学模型。各种方法中，模式法近年来研究较多，如文献“全国大气折射率剖面预测方法，电光与控制，第18卷第7期”、“一种新的大气折射率剖面模型构建方法，强激光与粒子束，第27卷第10期”等，又例如公布号为cn111044489a的现有发明专利申请文献《一种基于多波长测量获得大气折射率高度分布剖面的方法》包括：使用光电外测设备在不同波长下跟踪预定恒星，输出并记录测量系的测角数据；获取相同时间段恒星地固系精确星历数据；将恒星地固系精确星历数据转换为外测设备测量系的理论测元数据；以大气折射率高度分布的hopfield模型的模式参数为待估未知数，建立模式参数待估方程组；对模式参数待估方程组进行求解，获得模式参数的数值解；将求解的模式参数代入模型获得大气折射率高度分布剖面。前述现有方案较为简单，但精度较低，对提高业务应用精度相对有限；直接探测法精度最高，对其研究主要集中在大气折射率的高度插值上，如文献“高精度大气折射率插值方法研究，电光与控制，2019年第7期”，又例如公布号为cn108898252a的现有发明专利申请文献《一种全国对流层大气折射率剖面的预测方法》，该方法建立的全国对流层大气折射率剖面预测数据库应当包含以下两个方面的内容：一是对全国大气环境按照一定的经纬度间隔进行栅格划分后各个栅格的经纬度信息；二是每个栅格中各个月份的大气分段剖面模型系数g、c1与地面折射率n0之间的关系系数。全国对流层大气折射率剖面的预测数据库建立所包含的步骤主要有：分析全国大气折射率的变化特点、地理栅格划分、基础探测数据的处理、大气分段模型参数的计算、野值处理、有效数据的整理、径向基函数插值、数据统计及数据库的建立。但由于前述现有方法依赖于实测高空气象探测数据，受气象数据获取周期及业务应用场景的限制，在业务应用中往往难以利用直接探测法快速精确获取业务应用地域的大气折射率。

2、综上，现有技术存在折射率获取精度低、探测效率及差异场景适用性较差的技术问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术中折射率获取精度低、探测效率及差异场景适用性较差的技术问题。

2、本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：基于grib2数据的大气折射率获取方法包括：

3、s1、获取grib2数据，以预置业务应用位置为中心，切割grib2数据，以得到切割数据及预置数目的网格点；

4、s2、从切割数据中，提取各个网格点上的不同等压面气象数据；

5、s3、根据不同等压面气象数据，获取各等压面对应的位势高度根据，根据业务应用位置以及位势高度数据，处理得到等压面几何高度；

6、s4、根据等压面几何高度，获取第一高度气象数据以及第二高度气象数据，据以进行线性内插操作，以得到差异高度气象数据，其中，气象变化关系数据包括：气象数据随高度的变化函数、第一几何高度与第二集合高度之间的气象数据；

7、s5、从差异高度气象数据中，获取差异高度湿度，根据各差异高度湿度，求取水汽压；

8、s6、根据水汽压，利用预置逻辑处理得到大气折射率。

9、本发明基于国际气象组织开发的grib2数值预报产品数据，快速准确获取业务应用位置垂直廓线上各高度的大气折射率，满足雷达探测、微波通信等业务领域对大气折射率的修正需求。本发明提供一种利用grib2(general regularly-distributedinformation in binary form v2.0二进制的通用规则分布信息第二版)格式的数值天气预报产品，实现大气折射率获取的方法，既能保证数据获取精度，又解决了气象数据获取的时效性和直接探测法保障难的问题。

10、在更具体的技术方案中，步骤s1中，利用wgrib2工具对grib2数据进行切割操作。

11、在更具体的技术方案中，步骤s2包括：各个网格点上的不同等压面气象数据包括：各个网格点上不同等压面上的气象数据包括但不限于：位势高度、气温以及相对湿度数据。

12、在更具体的技术方案中，步骤s3包括：

13、s31、利用预置逻辑，求取特定纬度的地球半径标定值以及重力加速度；

14、s32、根据地球半径标定值，以及重力加速度。

15、在更具体的技术方案中，步骤s31中，利用下述逻辑求取特定纬度的地球半径标定值以及重力加速度：

16、

17、

18、式中，为测站的地理纬度，单位为°，为纬度处的地球半径标定值，单位为m，为纬度海平面处的重力加速度，单位为m/s2，gn＝9.80065为标准重力加速度(m/s2)。

19、在更具体的技术方案中，步骤s32中，将位势高度数据转换为等压面几何高度：

20、

21、式中，hi为位势高度，单位为gpm(位势米)，zi为位势高度对应的几何高度，单位为m。

22、在更具体的技术方案中，步骤s4中，利用下述逻辑求取任意高度的气象要素：

23、

24、式中，yi为插值到任意高度的气象要素值，hi为给定的任意高度，yi+1、yi-1分别为给定的任意高度上下相邻层的气象要素值，hi-1、hi+1分别为给定的任意高度上下相邻层的高度。

25、在更具体的技术方案中，步骤s5包括：

26、s51、求取特定高度上的温度对应的纯水平液面饱和水汽压；

27、s52、根据纯水平液面饱和水汽压，利用下述逻辑求取水汽压：

28、e＝u×ew/100

29、式中，u为各高度上的相对湿度(％)，ew为该高度上的温度t所对应的纯水平液面饱和水汽压。

30、在更具体的技术方案中，步骤s51中，利用下述逻辑求取特定高度上，特定温度对应的纯水平液面饱和水汽压：

31、

32、式中，t1＝373.16，t为各对应高度上的温度。

33、在更具体的技术方案中，步骤s6中，以下述逻辑处理得到大气折射率：

34、

35、式中，t为气温，p为气压，单位为hpa，e为水汽压。

36、在更具体的技术方案中，基于grib2数据的大气折射率获取系统包括：

37、数据切割模块，用以获取grib2数据，以预置业务应用位置为中心，切割grib2数据，以得到切割数据及预置数目的网格点；

38、差异等压面气象获取模块，用以从切割数据中，提取各个网格点上的不同等压面气象数据，差异等压面气象获取模块与数据切割模块连接；

39、几何高度处理模块，用以根据不同等压面气象数据，获取各等压面对应的位势高度根据，根据业务应用位置以及位势高度数据，处理得到等压面几何高度，几何高度处理模块与差异等压面气象获取模块连接；

40、差异高度气象获取模块，用以根据等压面几何高度，获取第一高度气象数据以及第二高度气象数据，据以进行线性内插操作，以得到差异高度气象数据，其中，气象变化关系数据包括：气象数据随高度的变化函数、第一几何高度与第二集合高度之间的气象数据，差异高度气象获取模块与几何高度处理模块连接；

41、水汽压求取模块，用以从差异高度气象数据中，获取差异高度湿度，根据各差异高度湿度，求取水汽压，水汽压求取模块与差异高度气象获取模块连接；

42、大气折射率求取模块，用以根据水汽压，利用预置逻辑处理得到大气折射率，大气折射率求取模块与水汽压求取模块连接。

43、本发明相比现有技术具有以下优点：本发明基于国际气象组织开发的grib2数值预报产品数据，快速准确获取业务应用位置垂直廓线上各高度的大气折射率，满足雷达探测、微波通信等业务领域对大气折射率的修正需求。本发明提供一种利用grib2(generalregularly-distributed information in binary form v2.0二进制的通用规则分布信息第二版)格式的数值天气预报产品，实现大气折射率获取的方法，既能保证数据获取精度，又解决了气象数据获取的时效性和直接探测法保障难的问题。本发明解决了现有技术中存在的折射率获取精度低、探测效率及差异场景适用性较差的技术问题。