一种基于龙卷风模型构造分析的气象预警分析系统的制作方法

本发明涉及气象学，尤其涉及一种基于龙卷风模型构造分析的气象预警分析系统。

背景技术：

1、大气强对流气象是热带气旋、龙卷风等，关于上述强对流气象的形成机理，目前尚未取得共识，大多数气象学家根据热力学理论、经验、估算或推测认为，强对流气象是温差引起的。现有的气象预警系统往往无法对龙卷风进行精确的提前预警，导致龙卷风灾害的防范存在滞后性和局限性。目前的龙卷风预警系统主要依赖于雷达、卫星数据等宏观监测手段，缺少对龙卷风形成所需的细微气象条件(如湿度、温度和风切变等)的精确分析和模型构建，造成预警的准确性和时效性不足。

2、如中国专利cn214201812u公开的一种基于次声波的龙卷风发生特征检测装置，虽然给出了次声波与流场特性具有关联性，由于接近次声波频率的震动可以传输很远的距离，当龙卷风天气过程将要发生的时候，我们在很远距离就可以检测到这种变化，可以通过多点测量定位方法，但是忽视了多种数据的融合，造成预警效果不佳的缺陷；

3、另外，现有技术中还存在以下几方面的问题：

4、1.由于龙卷风是一种高度局部化且瞬时变化剧烈的气象现象，单一数据源往往难以提供足够细致的信息，导致预警的准确性不高，尤其是对于龙卷风的形成时间、地点和路径，现有技术难以做出精准预测。

5、2.现有系统往往不能对快速发展的龙卷风进行及时跟踪和预警，延误了灾害防范的黄金时间。

6、3.现有的预警系统对这些复杂气象条件的分析较为粗糙，难以动态追踪这些因素的细微变化。例如，湿度和温度的空间分布变化，以及风切变的局地发展往往难以得到准确分析，导致系统对龙卷风发生的早期迹象识别不足。

7、为了解决本领域普遍存在预警准确性不高、实时性不足、气象条件分析不足、缺少精细化的风向评估、智能程度低和交互预警舒适性低等等问题，作出了本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对目前所存在的不足，提出了一种基于龙卷风模型构造分析的气象预警分析系统。

2、为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于龙卷风模型构造分析的气象预警分析系统，所述气象预警分析系统包括服务器，所述气象预警分析系统包括气象数据采集模块、龙卷风模型评估模块、以及气象预警分析模块，所述服务器分别与所述气象数据采集模块、龙卷风模型评估模块和气象预警分析模块连接；

4、所述气象数据采集模块用于采集监控区域的至少两个来源的气象数据，所述龙卷风模型评估模块基于所述气象数据对根据至少两个来源的所述气象数据进行评估形成气象评估结果，所述气象预警分析模块根据所述分析结果提供预警分析，以提示管理者实时的预警提示；

5、所述龙卷风模型评估模块包括数据融合单元、气象评估单元和调整优化单元，所述数据融合单元将来自至少两个来源的气象数据进行融合处理，生成统一的龙卷风模型数据集，所述气象评估单元根据所述龙卷风模型数据集分析数据集对当前的气象进行评估形成气象评估结果，所述调整优化单元根据气象数据的变化趋势对所述气象评估结果进行调整；

6、其中，所述至少两个来源的气象数据包括地面气象站采集得到的基本气象参数、气象卫星获取的气象信息、浮空探测器采集得到高空大气的环境数据。

7、可选的，所述气象数据采集模块包括地面气象站采集单元、卫星遥感采集单元、气象雷达采集单元和浮空探测器采集单元，所述地面气象站采集单元获取监控区域内的实时基本气象参数，所述卫星遥感采集单元从气象卫星获取气象信息，所述气象雷达采集单元使用气象雷达来获取局地的大气结构和动态变化情况，所述浮空探测器采集单元获取高空大气的环境数据；

8、所述浮空探查器采集单元包括探空气象仪、以及气象气球，所述探空气象仪用于收集高空大气的环境数据，所述气象气球用于携带所述探空气象仪到达设定的高度；

9、其中，所述环境数据包括温度、湿度、气压、风速、以及风向。

10、可选的，所述气象雷达采集单元包括雷达发射器、雷达接收器和信号处理器，所述雷达发射器用于向目标区域发射特定频率的电磁波，所述雷达接收器负责接收从大气中返回的电磁波反射信号，所述信号处理器用于处理所述雷达接收器采集得到的原始回波信号，并分析回波特性以生成反映大气结构和动态变化的气象图像和数据。

11、可选的，所述数据融合单元获取所述气象数据采集模块采集得到的气象数据，并根据以下步骤进行融合处理：

12、s1、数据采集：获取所述地面气象站采集单元采集得到的基本气象参数、卫星遥感采集单元采集得到的气象信息、气象雷达采集单元采集得到的局地的大气结构和动态变化情况和浮空探测器采集单元采集得到高空大气的环境数据；

13、s2、对数据进行时间同步处理：

14、对不同时间和空间范围的数据进行对齐；

15、s3、中值滤波处理：

16、将经过时间同步后的气象数据进行中值滤波；

17、s4、数据融合处理：对通过中值滤波的数据进行算术平均，生成最终融合结果；

18、s5、将融合后的气象数据整合到一个统一的数据集中形成龙卷风模型数据集分析数据集。

19、可选的，所述气象评估单元获取经过融合处理后的龙卷风模型数据集，并根据下式计算监控区域的预警评判指数judge：

20、

21、式中，△为调整因子，其值由所述调整优化单元进行确定，zt为温度的z-score标准化值，zh为湿度的z-score标准化值，zp为气压的z-score标准化值，zw为风速的z-score标准化值，si为风切变指数，vtg为所垂直温度梯度；

22、若监控区域的预警评判指数judge超过系统设定的气象阈值worn，则触发所述气象预警分析模块对气象预警进行分析，并提示管理者实时的预警提示。

23、可选的，所述气象预警分析模块包括预警分析单元、预警生成单元和通知单元，所述预警分析单元根据所述预警评判指数judge、以及气象参数的变化趋势，以对气象预警类型进行分析，并识别出具体的气象预警类型，所述预警生成单元根据所述预警类型生成相匹配的预警提示，所述通知单元将所述预警提示向所述管理者进行预警提示。

24、可选的，所述地面气象站采集单元包括采集台、以及基本气象采集构件，所述采集台用于支撑所述基本气象采集构件，所述基本气象采集构件获取监控区域内的实时基本气象参数；

25、其中，所述基本气象参数包括温度、湿度、气压、风速、风向、雨量和太阳辐射量数据。

26、可选的，所述卫星遥感采集单元包括指令发送器、以及数据缓存器，所述指令发送器向气象卫星发送数据调用请求，以使得所述气象卫星响应所述数据调用请求将监控区域的所述气象信息传输至所述数据缓存器中，所述数据缓存器用于存储所述监控区域的所述气象信息。

27、可选的，所述通知单元包括通信传输器和短信网关，所述通信传输器通过蜂窝网络、wi-fi和通信系统，将预警信息发送到移动设备中，所述短信网关用于通过短信方式发送预警信息至指定的管理人员或公众的移动设备。

28、可选的，所述基本气象采集构件包括β温度传感器、β湿度传感器、β气压传感器、β风速传感器、β风向传感器、雨量计、太阳辐射传感器和数据存储器，所述β温度传感器采集当前监控区域的空气温度，所述β湿度传感器采集当前监控区域的空气湿度，所述β气压传感器采集当前监控区域的气压数据，所述β风速传感器采集当前监控区域的风速数据，所述β风向传感器采集所述监控区域的风向数据，所述雨量计采集所述监控区域的雨量，所述太阳辐射传感器测量太阳辐射强度，所述数据存储器存储β温度传感器采集得到的温度数据、β湿度传感器采集得到的湿度数据、β气压传感器采集得到的气压数据、β风速传感器采集得到的风速数据、β风向传感器采集得到的风向数据、雨量计采集得到的雨量数据、以及太阳辐射传感器的辐射强度数据。

29、本发明所取得的有益效果是：

30、1.通过所述气象数据采集模块和所述龙卷风模型评估模块之间的配合，使得监测区域的气象参数能够被采集，保证整个系统具有预警准确性高、实时分析能力高、气象分析融合能力强、精细化评估能力佳、智能程度高的优点；

31、2.通过气象数据采集模块与气象预警分析模块的配合，确保实时采集的气象数据能够直接被用于预警分析模块，帮助及时识别极端气象事件，快速生成预警提示，保证整个系统具有实时预警能力高、精细化预警能力强、智能分析能力高的有点；

32、3.通过龙卷风模型评估模块与气象预警分析模块相互配合，能够确保龙卷风模型的评估结果能够直接用于预警分析，结合预警评判指数和气象参数变化趋势，生成精确的预警提示，保证整个系统具有评估精度高、智能预警提示交互舒适性佳、综合判断能力强的优点；

33、4.通过气象数据采集模块、龙卷风模型评估模块、以及气象预警分析模块之间相互配合，使得气象预警分析能力更加迅速且高效，保证整个系统具有预警准确性高、实时分析能力强、气象分析融合能力强、精细化评估能力佳和智能程度高的优点。