本发明公开了一种ASCAT反演风速的订正方法，特点是包括以下步骤：获取选定区域内的每个浮标站在不同观察时次的浮标站反演风速；获取选定区域内的每个浮标站的风速误差时间序列；根据选定区域内的每个浮标站的风速误差时间序列确定最大影响距离；根据已选定浮标站对待订正ASCAT反演风速进行订正，以获取订正后的ASCAT反演风速；优点是计算过程简单，而且订正效果较好，适合广泛应用到实际业务中。
1.一种ASCAT反演风速的订正方法，其特征在于包括以下步骤：
①获取选定区域内的每个浮标站在不同观察时次的浮标站反演风速：对于选定区域内的任一个浮标站，在以该浮标站为中心且以设定长度L为半径的圆形区域内，获取与该浮标站直线距离最小的1～10个ASCAT观测位置上的每个观察时次的ASCAT反演风速，然后将获取得到的每个观察时次的所有ASCAT反演风速按反距离权重法插值到该浮标站所在的位置，得到该浮标站在每个观察时次的浮标站反演风速；
②获取选定区域内的每个浮标站的风速误差时间序列：对于选定区域内的任一个浮标站，将该浮标站在每个观察时次的10分钟平均风速作为该浮标站在对应观察时次的实况风速，然后将该浮标站在每个观察时次的浮标站反演风速与实况风速相减，得到该浮标站在对应观察时次的风速误差，再将该浮标站在所有观察时次的风速误差组成一个风速误差时间序列；
③根据选定区域内的每个浮标站的风速误差时间序列，计算每两个直线间隔距离小于设定直线距离D的浮标站的风速误差时间序列之间的相关系数，再对计算得到的所有相关系数与所有相关系数各自对应的相邻浮标站之间的间隔距离采用对数进行拟合，得到以间隔距离的数值作为X轴且以相关系数的数值作为Y轴的拟合曲线，接着将低于拟合曲线与X轴的交点所对应的数值30km的数值范围定义为最大影响距离的选取范围，将最大影响距离的选取范围内的任意一个值确定为最大影响距离；
④对于一个待订正ASCAT反演风速，将以该待订正ASCAT反演风速所在的ASCAT观测位置为中心，以最大影响距离为半径的圆形范围内的所有浮标站作为已选定浮标站，然后根据已选定浮标站获取订正后的ASCAT反演风速，具体过程为：将待订正的ASCAT反演风速代入每个已选定浮标站的回归方程中进行计算，获取通过每个已选定浮标站的回归方程计算得到的结果与待订正的ASCAT反演风速的差值，将每个已选定浮标站对应的差值作为由对应的已选定浮标站提供的订正值，将所有已选定浮标站提供的订正值用带最大影响距离的反距离权重法进行加权平均计算，将加权平均计算得到的结果作为反演风速订正值，最后计算待订正ASCAT反演风速与反演风速订正值的和值，该和值为订正后的ASCAT反演风速；
其中，对于任一个已选定浮标站，其回归方程的建立过程为：将该已选定浮标站在所有观察时次的浮标站反演风速和实况风速组成一个浮标站风速时间序列，再根据浮标站风速时间序列用线性回归方法建立该已选定浮标站的回归方程；
或根据已选定浮标站获取订正后的ASCAT反演风速的具体过程为：获取每个已选定浮标站在待订正ASCAT反演风速所在的观察时次的风速误差，再用带最大影响距离的反距离权重法对该观察时次获取的所有风速误差进行加权平均计算，将加权平均计算得到的结果作为估算误差，最后计算待订正ASCAT反演风速与估算误差的差值，该差值为订正后的ASCAT反演风速。
2.根据权利要求1所述的一种ASCAT反演风速的订正方法，其特征在于所述的步骤①中，将一个浮标站在一个观察时次的浮标站反演风速记为Zp， 其中，n表示针对该浮标站所需要获取ASCAT反演风速的ASCAT观测位置的总数，Zi表示第i个ASCAT观测位置在该观察时次的ASCAT反演风速，1≤i≤n，di表示作为中心的浮标站与第i个ASCAT观测位置之间的距离。
3.根据权利要求1所述的一种ASCAT反演风速的订正方法，其特征在于所述的步骤④中，将与待订正ASCAT反演风速对应的反演风速订正值记为Zq， 其中，m表示与待订正ASCAT反演风速对应的已选定浮标站的总数，Zj表示第j个已选定浮标站所提供的订正值，1≤j≤m，dj表示作为中心的ASCAT观测位置与第j个已选定浮标站之间的距离，R表示最大影响距离。
4.根据权利要求1所述的一种ASCAT反演风速的订正方法，其特征在于所述的步骤④中，将与待订正的ASCAT反演风速对应的估算误差记为Zr， t表示与待订正ASCAT反演风速对应的已选定浮标站的总数，Zs表示第s个已选定浮标站在待订正ASCAT反演风速所在的观察时次的风速误差，1≤s≤t，ds表示作为中心的ASCAT观测位置与第s个已选定浮标站之间的距离，R表示最大影响距离。
5.根据权利要求1所述的一种ASCAT反演风速的订正方法，其特征在于所述的步骤①中，所述的设定长度L＝50km。
6.根据权利要求1所述的一种ASCAT反演风速的订正方法，其特征在于所述的步骤③中，所述的设定直线距离D＝400km。
一种ASCAT反演风速的订正方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种气象数据处理方法，尤其是一种ASCAT反演风速的订正方法。
背景技术
[0002] 海面风风速实况观测困难，数据资料稀少，预报和服务大部分需要依赖卫星反演风场和数值预报。美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，简称NASA)于1999年7月发射的极轨卫星(QuikSCAT)极大地推动了由散射计资料反演风场的方法在天气分析、预报和数值模式中的应用。分析发现，极轨卫星风场资料在广阔的海洋面上与海岛实测风的一致性较好，尤其是在远海海洋面上，但在近海海洋面上与海岛实测风之间的误差相对大，原因是陆地对散射信号会产生干扰，造成了观测误差。
[0003] 2006年欧洲航天局(ESA)发射的由MetOP-A极轨卫星搭载的ASCAT(Advanced SCATterometer)散射计提供的ASCAT反演风场资料在国外也得到了很好的研究和应用，成为海洋上的数值预报中重要的初始场的同化资料之一。基于NCEP风场产品、dropsonde探测资料和浮标站观测资料，通过对中国近海ASCAT反演风场进行检验，结果表明ASCAT反演风场具有较好的精度。与QuikSCAT反演风类似，ASCAT反演风的风速值与距离海岸线较远(大于60km)且不受岛屿影响的浮标站的观测风速具有较好的一致性，以上两者的相关系数可达0.94，而对于距离海岸线较近(小于30km)的ASCAT反演风的风速值与浮标站的观测风速相关性较差，离海岸线30～60km范围内或离海岸线大于60km但受岛屿影响的ASCAT反演风速与浮标站的观测风速的误差较大，需要进行订正后才可以使用，目前对此类ASCAT反演风速进行订正的方法极少，且有效性较低。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种计算过程简单而且订正效果较好的ASCAT反演风速的订正方法，适合广泛应用到实际业务中。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种ASCAT反演风速的订正方法，包括以下步骤：
[0006] ①获取选定区域内的每个浮标站在不同观察时次的浮标站反演风速：对于选定区域内的任一个浮标站，在以该浮标站为中心且以设定长度L为半径的圆形区域内，获取与该浮标站直线距离最小的1～10个ASCAT观测位置上的每个观察时次的ASCAT反演风速，然后将获取得到的每个观察时次的所有ASCAT反演风速按反距离权重法插值到该浮标站所在的位置，得到该浮标站在每个观察时次的浮标站反演风速；
[0007] ②获取选定区域内的每个浮标站的风速误差时间序列：对于选定区域内的任一个浮标站，将该浮标站在每个观察时次的10分钟平均风速作为该浮标站在对应观察时次的实况风速，然后将该浮标站在每个观察时次的浮标站反演风速与实况风速相减，得到该浮标站在对应观察时次的风速误差，再将该浮标站在所有观察时次的风速误差组成一个风速误差时间序列；
[0008] ③根据选定区域内的每个浮标站的风速误差时间序列，计算每两个直线间隔距离小于设定直线距离D的浮标站的风速误差时间序列之间的相关系数，再对计算得到的所有相关系数与所有相关系数各自对应的相邻浮标站之间的间隔距离采用对数进行拟合，得到以间隔距离的数值作为X轴且以相关系数的数值作为Y轴的拟合曲线，接着将低于拟合曲线与X轴的交点所对应的数值30km的数值范围定义为最大影响距离的选取范围，将最大影响距离的选取范围内的任意一个值确定为最大影响距离；
[0009] ④对于一个待订正ASCAT反演风速，将以该待订正ASCAT反演风速所在的ASCAT观测位置为中心，以最大影响距离为半径的圆形范围内的所有浮标站作为已选定浮标站，然后根据已选定浮标站获取订正后的ASCAT反演风速，具体过程为：将待订正的ASCAT反演风速代入每个已选定浮标站的回归方程中进行计算，获取通过每个已选定浮标站的回归方程计算得到的结果与待订正的ASCAT反演风速的差值，将每个已选定浮标站对应的差值作为由对应的已选定浮标站提供的订正值，将所有已选定浮标站提供的订正值用带最大影响距离的反距离权重法进行加权平均计算，将加权平均计算得到的结果作为反演风速订正值，最后计算待订正ASCAT反演风速与反演风速订正值的和值，该和值为订正后的ASCAT反演风速；其中，对于任一个已选定浮标站，其回归方程的建立过程为：将该已选定浮标站在所有观察时次的浮标站反演风速和实况风速组成一个浮标站风速时间序列，再根据浮标站风速时间序列用线性回归方法建立该已选定浮标站的回归方程；
[0010] 或具体过程为：获取每个已选定浮标站在待订正ASCAT反演风速所在的观察时次的风速误差，再用带最大影响距离的反距离权重法对该观察时次获取的所有风速误差进行加权平均计算，将加权平均计算得到的结果作为估算误差，最后计算待订正ASCAT反演风速与估算误差的差值，该差值为订正后的ASCAT反演风速。
[0011] 所述的步骤①中，将一个浮标站在一个观察时次的浮标站反演风速记为Zp，其中，n表示针对该浮标站所需要获取ASCAT反演风速的ASCAT观测位置的总数，Zi表示第i个ASCAT观测位置在该观察时次的ASCAT反演风速，1≤i≤n，di表示作为中心的浮标站与第i个ASCAT观测位置之间的距离。
[0012] 所述的步骤④中，将与待订正ASCAT反演风速对应的反演风速订正值记为Zq，其中，m表示与待订正ASCAT反演风速对应的已选定浮标站的总数，Zj表示第j个已选定浮标站所提供的订正值，1≤j≤m，dj表示作为中心的ASCAT观测位置与第j个已选定浮标站之间的距离，R表示最大影响距离。
[0013] 所述的步骤④中，将与待订正的ASCAT反演风速对应的估算误差记为Zr，t表示与待订正ASCAT反演风速对应的已选定浮标站的总数，Zs表示第s个已选定浮标站在待订正ASCAT反演风速所在的观察时次的风速误差，1≤s≤t，ds表示作为中心的ASCAT观测位置与第s个已选定浮标站之间的距离，R表示最大影响距离。
[0014] 所述的步骤①中，所述的设定长度L＝50km。设定长度太大，会导致观测数据精度不高、计算量大，设定长度过小则会导致可用数据较少，影响计算结果。
[0015] 所述的步骤③中，所述的设定直线距离D＝400km。
[0016] 与现有技术相比，本发明的优点在于先获取选定区域内的每个浮标站在不同观察时次的浮标站反演风速，获取选定区域内的每个浮标站的风速误差时间序列，再根据选定区域内的每个浮标站的风速误差时间序列确定最大影响距离，最后根据已选定浮标站对待订正ASCAT反演风速进行订正，以获取订正后的ASCAT反演风速，不仅计算过程简单，而且基于2010—2014年ASCAT散射计反演风场资料进行风速订正实验和检验，结果表明，采用本发明所述方法订正后的ASCAT反演风速误差与订正前的ASCAT反演风速误差相比，平均误差、平均绝对误差及均方根误差都得到减小，因此订正效果较好，适合广泛应用到实际业务中。
附图说明
[0017] 图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
[0018] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0019] 实施例一：一种ASCAT反演风速的订正方法，包括以下步骤：
[0020] ①获取选定区域内的每个浮标站在不同观察时次的浮标站反演风速：对于选定区域内的任一个浮标站，在以该浮标站为中心且以设定长度L(L＝50km)为半径的圆形区域内，获取与该浮标站直线距离最小的8个ASCAT观测位置上的每个观察时次的ASCAT反演风速，然后将获取得到的每个观察时次的所有ASCAT反演风速按反距离权重法插值到该浮标站所在的位置，得到该浮标站在每个观察时次的浮标站反演风速。
[0021] 将一个浮标站在一个观察时次的浮标站反演风速记为Zp，其中，n表示针对该浮标站所需要获取ASCAT反演风速的ASCAT观测位置的总数，Zi表示第i个ASCAT观测位置在该观察时次的ASCAT反演风速，1≤i≤n，di表示作为中心的浮标站与第i个ASCAT观测位置之间的距离。
[0022] ②获取选定区域内的每个浮标站的风速误差时间序列：对于选定区域内的任一个浮标站，将该浮标站在每个观察时次的10分钟平均风速作为该浮标站在对应观察时次的实况风速，然后将该浮标站在每个观察时次的浮标站反演风速与实况风速相减，得到该浮标站在对应观察时次的风速误差，再将该浮标站在所有观察时次的风速误差组成一个风速误差时间序列。
[0023] ③根据选定区域内的每个浮标站的风速误差时间序列，计算每两个直线间隔距离小于设定直线距离D(D＝400km)的浮标站的风速误差时间序列之间的相关系数，再对计算得到的所有相关系数与所有相关系数各自对应的相邻浮标站之间的间隔距离采用对数进行拟合，得到以间隔距离的数值作为X轴且以相关系数的数值作为Y轴的拟合曲线，接着将比拟合曲线与X轴的交点所对应的数值低15km的数值确定为最大影响距离。
[0024] ④对于一个待订正ASCAT反演风速，将以该待订正ASCAT反演风速所在的ASCAT观测位置为中心，以最大影响距离为半径的圆形范围内的所有浮标站作为已选定浮标站，然后根据已选定浮标站获取订正后的ASCAT反演风速，具体过程为：将待订正的ASCAT反演风速代入每个已选定浮标站的回归方程中进行计算，获取通过每个已选定浮标站的回归方程计算得到的结果与待订正的ASCAT反演风速的差值，将每个已选定浮标站对应的差值作为由对应的已选定浮标站提供的订正值，将所有已选定浮标站提供的订正值用带最大影响距离的反距离权重法进行加权平均计算，将加权平均计算得到的结果作为反演风速订正值，将该反演风速订正值记为Zq， 其中，m表示与待订正ASCAT反演风速对应的已选定浮标站的总数，Zj表示第j个已选定浮标站所提供的订正值，1≤j≤m，dj表示作为中心的ASCAT观测位置与第j个已选定浮标站之间的距离，R表示最大影响距离；
最后计算待订正ASCAT反演风速与反演风速订正值的和值，该和值为订正后的ASCAT反演风速；其中，对于任一个已选定浮标站，其回归方程的建立过程为：将该已选定浮标站在所有观察时次的浮标站反演风速和实况风速组成一个浮标站风速时间序列，再根据浮标站风速时间序列用线性回归方法建立该已选定浮标站的回归方程。
[0025] 实施例二：其余部分与实施例一相同，其不同之处在于步骤④中，根据已选定浮标站获取订正后的ASCAT反演风速，具体过程为：获取每个已选定浮标站在待订正ASCAT反演风速所在的观察时次的风速误差，再用带最大影响距离的反距离权重法对该观察时次获取的所有风速误差进行加权平均计算，将加权平均计算得到的结果作为估算误差，将该估算误差记为Zr， t表示与待订正ASCAT反演风速对应的已选定浮标站的总数，Zs表示第s个已选定浮标站在待订正ASCAT反演风速所在的观察时次的风速误差，1≤s≤t，ds表示作为中心的ASCAT观测位置与第s个已选定浮标站之间的距离，R表示最大影响距离；最后计算待订正ASCAT反演风速与估算误差的差值，该差值为订正后的ASCAT反演风速。
[0026] 为了检验以上两种实施例所述方法对待订正ASCAT反演风速的订正效果，采用浮标站点循环检验，即将某一个浮标站看成没有浮标站，该浮标站的观测资料不参与计算，使用以上两个实施例的两种方法对该浮标站的ASCAT反演风速进行订正，将订正前后的ASCAT反演风速误差的平均值、误差绝对值的平均值和均方根误差对比分析，来衡量订正效果，基于2010—2014年ASCAT散射计反演风场资料进行风速订正实验和检验，结果表明：采用以上两种实施例所述方法订正后的ASCAT反演风速误差与订正前的ASCAT反演风速误差相比，平均误差分别减小1.86m/s(67.9％)、1.74m/s(64.2％)，平均绝对误差分别减小1.05m/s(32.1％)、0.84m/s(32.1％)，均方根误差分别减小1.19m/s(29.2％)、0.89m/s(29.6％)。
[0027] 本发明中使用的ASCAT反演风场资料为分辨率为12.5km的近海风场产品，选定区域内的浮标站为上海市、浙江省和福建省范围内的共14个浮标站，浮标站与大陆海岸线的直线距离为30～300km，两个浮标站之间的最小直线间隔距离为12km。
