在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的方法及装置

摘要

本发明涉及在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的方法，通过动力学迭代卷积算法为基础实现台风涡旋去除、台风位置移动的功能，以得到合理的风场结构，使得在网格天气预报中对台风数据进行更好的实时交互，解决台风网格预报中主客观交互订正功能缺失的问题。本发明采用的涡旋分离方法采用动力学迭代卷积法去除风场涡旋，同时使用位势运动进行动量恢复，能较好地解决风速偏小以及与环境背景风场不连续的问题。本发明使用涡旋逐步迭代和缓冲区融合技术方案进行涡旋位置的移动。本发明方案能做到涡旋位置的精确定位移动，同时满足外围风场的风场连续性特征。

权利要求

1.在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的方法，其特征在于，包括以下：涡旋去除过程，

步骤110、选择目标风场的涡旋区域，以此确定目标风场的风场矩阵，步骤120、确定算法执行的参数，所述参数包括最大迭代次数以及卷积核大小，步骤130、根据选定的涡旋区域以及算法执行的参数，执行动力学迭代卷积算法直到满足预设的终止条件停止，得到迭代结果，步骤140、将所述迭代结果填充回所述目标风场所选定的涡旋区域，完成涡旋去除；

涡旋移动过程，

步骤210、选定目标涡旋的所在范围以及涡旋锁定范围，并确定所述目标涡旋的缓冲区范围，所述缓冲区范围包含目标涡旋的锁定范围；

步骤220、选择目标涡旋的目标移动位置；

步骤230、确定目标涡旋的移动步长、缓冲区的迭代次数以及缓冲区平滑方法；

步骤240、通过逐步迭代卷积法将目标涡旋移动至目标移动位置；

具体的，所述动力学迭代卷积算法具体包括以下，

步骤131、模拟粘性力作用，让每个格点的风场数值向卷积核范围内的均值靠近；

步骤132、对每个格点施加朝向卷积核内相对大的趋向力，卷积核内数值相对大小由卷积核内风矢量的绝对值大小决定；

步骤133、保持边界处的格点值不变，使边界处的格点总能获取边界外的风场信息，保持与外部边界的连续性，在卷积计算遇到涡旋区域的边界时，采取边界值保持原有数值不变的策略，即边界上的格点不进行卷积计算，格点值指的是格点的风场数值；

步骤134、通过动力学卷积公式进行计算；

步骤135、重复步骤131‑步骤134，直到满足预设的终止条件停止，得到迭代结果；

具体的，所述步骤240中，通过逐步迭代卷积法将目标涡旋移动至目标移动位置，包括以下，步骤241、获取涡旋的锁定范围的风场数值；

步骤242、把锁定范围的风场数值按照移动步长平移一个步长；

步骤243、在锁定范围外至缓冲区范围内的区域范围中，进行涡旋去除平滑算法计算，但边界条件不同，在保持缓冲区外边界值不变的同时，还需要保持锁定范围的边界值不变，即在缓冲区范围的边界和锁定范围的边界处的数值都保持原值不变，不进行卷积计算；

步骤244、重复步骤241至步骤243，直至迭代平移至目标移动位置，最后一步如果位置偏移小于步长则直接移动至终点位置。

2.根据权利要求1所述的在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的方法，其特征在于，具体的，所述步骤130中，所采用的动力学卷积公式如下其中(i,j)和(m,n)分别表示横、纵格点位置，I为输入变量矩阵，A为输出矩阵。

3.根据权利要求1所述的在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的方法，其特征在于，具体的，预设的终止条件为，当至少存在迭代次数达到预设的最大迭代次数、迭代满足代价函数、或低于用户定义的循环阈值中的任意一种情况时，判定为迭代终止，所述代价函数为 循环阈值判定式为 其中σ

为矩阵A的标准差，t为迭代次数，ε为一个可自行定义的接近0的误差小量。

4.根据权利要求1所述的在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的方法，其特征在于，具体的，所述步骤230中的缓冲区平滑方法为，通过动力学卷积公式或平滑迭代公式中的任意一种进行缓冲区平滑处理；

其中平滑迭代公式如下，

其中(i,j)和(m,n)分别表示横、纵格点位置，I为输入变量矩阵，A为输出矩阵。

5.在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的装置，其特征在于，包括：涡旋去除模块，所述涡旋去除模块包括，

涡旋区域确定单元，用于选择目标风场的涡旋区域，以此确定目标风场的风场矩阵，参数确定单元，用于确定算法执行的参数，所述参数包括最大迭代次数以及卷积核大小，算法执行单元，用于根据选定的涡旋区域以及算法执行的参数，执行动力学迭代卷积算法直到满足预设的终止条件停止，得到迭代结果，结果返回单元，用于将所述迭代结果填充回所述目标风场所选定的涡旋区域，完成涡旋去除；

涡旋移动模块，所述涡旋移动模块包括，

涡旋区域确定单元，用于选定目标涡旋的所在范围以及涡旋锁定范围，并确定所述目标涡旋的缓冲区范围，所述缓冲区范围包含目标涡旋的锁定范围；

目标移动位置确定单元，用于选择目标涡旋的目标移动位置；

方式确定单元，用于确定目标涡旋的移动步长、缓冲区的迭代次数以及缓冲区平滑方法；

执行单元，用于通过逐步迭代卷积法将目标涡旋移动至目标移动位置；

具体的，所述动力学迭代卷积算法具体包括以下，

步骤131、模拟粘性力作用，让每个格点的风场数值向卷积核范围内的均值靠近；

步骤132、对每个格点施加朝向卷积核内相对大的趋向力，卷积核内数值相对大小由卷积核内风矢量的绝对值大小决定；

步骤133、保持边界处的格点值不变，使边界处的格点总能获取边界外的风场信息，保持与外部边界的连续性，在卷积计算遇到涡旋区域的边界时，采取边界值保持原有数值不变的策略，即边界上的格点不进行卷积计算，格点值指的是格点的风场数值；

步骤134、通过动力学卷积公式进行计算；

步骤135、重复步骤131‑步骤134，直到满足预设的终止条件停止，得到迭代结果；

具体的，所述执行单元中，通过逐步迭代卷积法将目标涡旋移动至目标移动位置，包括以下，步骤241、获取涡旋的锁定范围的风场数值；

步骤242、把锁定范围的风场数值按照移动步长平移一个步长；

步骤243、在锁定范围外至缓冲区范围内的区域范围中，进行涡旋去除平滑算法计算，但边界条件不同，在保持缓冲区外边界值不变的同时，还需要保持锁定范围的边界值不变，即在缓冲区范围的边界和锁定范围的边界处的数值都保持原值不变，不进行卷积计算；

步骤244、重复步骤241至步骤243，直至迭代平移至目标移动位置，最后一步如果位置偏移小于步长则直接移动至终点位置。

6.一种计算机可读存储的介质，所述计算机可读存储的介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1‑4中任一项所述方法的步骤。

说明书

在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及天气预报相关技术领域，尤其涉及在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的方法及装置。

背景技术

[0002] 对涡旋的分离和移动是网格天气预报中台风订正的重要步骤，现有风场涡旋分离技术主要分为以下几类：(1)滤波方法。此种方法把涡旋当作扰动风场，当去除扰动场后保留的背景场即为风场背景场，此类方法原理一般以滤波方法把涡旋都当作高频信号进行移除，保留下低频的风场信号，以此作为背景场。(2)流函数分离法，此种方法的原理是把原始风场按照流函数和势函数进行分解，把分解出的无旋场当作背景场，有旋场当作气旋的涡场。(3)迭代平均法。此种方法的原理是对风场进行多次的卷积平滑，最终得到平滑的风场作为分离出的背景场。

[0003] 这几类涡旋分离的方法的主要缺陷有以下几方面：(1)涡旋本体位置在分离后风场的风速会与背景场不协调，常出现在原本台风区域的风速明显减小。(2)涡旋去除边界处出现风速的不连续，在涡旋分离的边界内部和外部往往出现显著的风向突变和风速突变，不满足风速的连续性原则。

[0004] 当前业务应用的涡旋移动方案主要是中科院大气所的热带气旋数值预报风场动力释用技术(TCwind技术)。该方法利用数值天气预报与和观台风预报对台风的位置强度进行对比，在台风的径向和切向两个方向进行位置、强度、移速进行订正，结合模式的风场和气压场进行订正。

[0005] TCwind技术的主要缺陷体现在以下几个方面：(1)其强度和位置的订正只是趋向于目标位置和强度，得到风场后仍需在预报平台中进一步订正和调节；(2)TCwind方法依赖于数值预报模式和其台风追踪信息，需要大量在常规天气预报中没有的气象要素，目前只能提前预处理，而无法实时编辑；(3)其制作的风场不仅会影响台风区域，而是会覆盖所有的风场，必须在预报员编辑网格风场之前导入数据；(4)TCwind方法依赖模式路径和机构路径，在没有数值预报的路径追踪数据、在台风生成初期还未有机构台风报文或者路径偏差较大等情况，都无法进行该技术的运用。

发明内容

[0006] 本发明的目的是为了至少解决现有技术的不足之一，提供在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的方法及装置。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案，

[0008] 具体的，提出在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的方法，包括以下：

[0009] 涡旋去除过程，

[0010] 步骤110、选择目标风场的涡旋区域，以此确定目标风场的风场矩阵，[0011] 步骤120、确定算法执行的参数，所述参数包括最大迭代次数以及卷积核大小，[0012] 步骤130、根据选定的涡旋区域以及算法执行的参数，执行动力学迭代卷积算法直到满足预设的终止条件停止，得到迭代结果，

[0013] 步骤140、将所述迭代结果填充回所述目标风场所选定的涡旋区域，完成涡旋去除；

[0014] 涡旋移动过程，

[0015] 步骤210、选定目标涡旋的所在范围以及涡旋锁定范围，并确定所述目标涡旋的缓冲区范围，所述缓冲区范围包含目标涡旋的锁定范围；

[0016] 步骤220、选择目标涡旋的目标移动位置；

[0017] 步骤230、确定目标涡旋的移动步长、缓冲区的迭代次数以及缓冲区平滑方法；

[0018] 步骤240、通过逐步迭代卷积法将目标涡旋移动至目标移动位置。

[0019] 进一步，具体的，所述步骤130中，所采用的动力学卷积公式如下

[0020]

[0021] 其中(i,j)和(m,n)分别表示横、纵格点位置，I为输入变量矩阵，A为输出矩阵。

[0022] 进一步，具体的，所述动力学迭代卷积算法具体包括以下，

[0023] 步骤131、模拟粘性力作用，让每个格点的风场数值向卷积核范围内的均值靠近；

[0024] 步骤132、对每个格点施加朝向卷积核内相对大的趋向力，卷积核内数值相对大小由卷积核内风矢量的绝对值大小决定；

[0025] 步骤133、保持边界处的格点值不变，使边界处的格点总能获取边界外的风场信息，保持与外部边界的连续性，在卷积计算遇到涡旋区域的边界时，采取边界值保持原有数值不变的策略，即边界上的格点不进行卷积计算，格点值指的是格点的风场数值；

[0026] 步骤134、通过动力学卷积公式进行计算；

[0027] 步骤135、重复步骤131‑步骤134，直到满足预设的终止条件停止，得到迭代结果。

[0028] 进一步，具体的，预设的终止条件为，

[0029] 当至少存在迭代次数达到预设的最大迭代次数、迭代满足代价函数、或低于用户定义的循环阈值中的任意一种情况时，判定为迭代终止，

[0030] 所述代价函数为 循环阈值判定式为其中σ为矩阵A的标准差，t为迭代次数，ε为一个可自行定义的接近0的误差小量。

[0031] 进一步，具体的，所述步骤230中的缓冲区平滑方法为，

[0032] 通过动力学卷积公式或平滑迭代公式中的任意一种进行缓冲区平滑处理；

[0033] 其中平滑迭代公式如下，

[0034]

[0035] 其中(i,j)和(m,n)分别表示横、纵格点位置，I为输入变量矩阵，A为输出矩阵。

[0036] 进一步，具体的，所述步骤240中，通过逐步迭代卷积法将目标涡旋移动至目标移动位置，包括以下，

[0037] 步骤241、获取涡旋的锁定范围的风场数值；

[0038] 步骤242、把锁定范围的风场数值按照移动步长平移一个步长；

[0039] 步骤243、在锁定范围外至缓冲区范围内的区域范围中，进行涡旋去除平滑算法计算，但边界条件不同，在保持缓冲区外边界值不变的同时，还需要保持锁定范围的边界值不变，即在缓冲区范围的边界和锁定范围的边界处的数值都保持原值不变，不进行卷积计算；

[0040] 步骤244、重复步骤241值步骤243，直至迭代平移至目标移动位置，最后一步如果位置偏移小于步长则直接移动至终点位置。

[0041] 本发明还提出在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的装置，包括：

[0042] 涡旋去除模块，所述涡旋去除模块包括，

[0043] 涡旋区域确定单元，用于选择目标风场的涡旋区域，以此确定目标风场的风场矩阵，

[0044] 参数确定单元，用于确定算法执行的参数，所述参数包括最大迭代次数以及卷积核大小，

[0045] 算法执行单元，用于根据选定的涡旋区域以及算法执行的参数，执行动力学迭代卷积算法直到满足预设的终止条件停止，得到迭代结果，

[0046] 结果返回单元，用于将所述迭代结果填充回所述目标风场所选定的涡旋区域，完成涡旋去除；

[0047] 涡旋移动模块，所述涡旋移动模块包括，

[0048] 涡旋区域确定单元，用于选定目标涡旋的所在范围以及涡旋锁定范围，并确定所述目标涡旋的缓冲区范围，所述缓冲区范围包含目标涡旋的锁定范围；

[0049] 目标移动位置确定单元，用于选择目标涡旋的目标移动位置；

[0050] 方式确定单元，用于确定目标涡旋的移动步长、缓冲区的迭代次数以及缓冲区平滑方法；

[0051] 执行单元，用于通过逐步迭代卷积法将目标涡旋移动至目标移动位置。

[0052] 本发明还提出一种计算机可读存储的介质，所述计算机可读存储的介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的方法的步骤。

[0053] 本发明的有益效果为：

[0054] 本发明通过提出一种立体网格交互编辑方法及系统，在天气预报业务中，运用本发明方法，可以获得以下有益效果：

[0055] 1)运用基于迭代卷积的涡旋分离和移动的技术，使预报员在台风网格预报中摆脱繁琐低效的格点编辑操作，可直接操作台风位置进行编辑。

[0056] 2)本发明采用以卷积迭代为基础的涡旋分离、涡旋移动和背景场融合衔接的技术，相较其他算法可在不依赖额外变量的情况下得到符合物理特性的风场特征，同时拥有良好的实时演算性能，符合实际业务应用需求。

[0057] 3)能够解决当前智能网格预报中缺乏台风网格预报主客观交互编辑算法的难题，可把各种模式预报的台风数据混接到其他模式风场中。

[0058] 4)本文使用的技术方法可以作为非网格预报产品映射为智能网格预报的桥接工具，通过以位置为参数，把网格中的台风移动到相应位置，从而可以把机构台风预报报文、最优集合预报路径等一系列非网格化的台风预报产品落地到智能网格预报中，有可观的业务应用价值。

[0059] 通过运用本文所述的涡旋分离和移动的技术，预报员可实现如下台风智能网格预报编辑功能：

[0060] 1)使用涡旋分离技术可得到去除涡旋的风场或者用于减弱台风强度；

[0061] 2)使用涡旋置入技术可以把不同模式或方法预报的台风涡旋置入到新的位置，如把TCwind的台风数据置入到智能网格预报场中，解决TCwind方法会完整覆盖数据的问题；

[0062] 3)使用涡旋移动工具可以对台风主体进行移动，并保持平滑连续的风场特征。

[0063] 本发明采用的技术可以应用到数值模式风场、TCwind方法等网格化数据的台风订正中，也可对接非网格化的台风预报技术和机构台风预报产品，通过参数化解决方案，把非网格预报产品映射为智能网格预报，并可在网格预报中由预报员进行进一步的调整订正。

附图说明

[0064] 通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：

[0065] 图1所示为本发明在网格天气预报中实现涡旋去除方法的流程图；

[0066] 图2所示为本发明在网格天气预报中实现涡旋移动的方法的流程图；

[0067] 图3所示为本发明在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的方法以台风山竹为例的涡旋去除应用效果示意图；

[0068] 图4所示为本发明在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的方法以台风山竹为例的涡旋移动应用效果示意图。

具体实施方式

[0069] 以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分。

[0070] 参照图1以及图2，本发明提出在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的方法，包括以下：

[0071] 涡旋去除过程，

[0072] 步骤110、选择目标风场的涡旋区域，以此确定目标风场的风场矩阵，[0073] 步骤120、确定算法执行的参数，所述参数包括最大迭代次数以及卷积核大小，[0074] 步骤130、根据选定的涡旋区域以及算法执行的参数，执行动力学迭代卷积算法直到满足预设的终止条件停止，得到迭代结果，

[0075] 步骤140、将所述迭代结果填充回所述目标风场所选定的涡旋区域，完成涡旋去除；

[0076] 作为本发明的优选实施方式，具体的，所述动力学迭代卷积算法具体包括以下，[0077] 步骤131、模拟粘性力作用，让每个格点的风场数值向卷积核范围内的均值靠近；

[0078] 步骤132、对每个格点施加朝向卷积核内相对大的趋向力，卷积核内数值相对大小由卷积核内风矢量的绝对值大小决定；

[0079] 步骤133、保持边界处的格点值不变，使边界处的格点总能获取边界外的风场信息，保持与外部边界的连续性，在卷积计算遇到涡旋区域的边界时，采取边界值保持原有数值不变的策略，即边界上的格点不进行卷积计算，格点值指的是格点的风场数值；

[0080] 步骤134、通过动力学卷积公式进行计算；

[0081] 步骤135、重复步骤131‑步骤134，直到满足预设的终止条件停止，得到迭代结果。

[0082] 在卷积计算遇到涡旋区域的边界时，采取边界值保持原有数值不变的策略，即边界上的格点不进行卷积计算，风速维持不变。固定边界处数值的目的是使风速保持与外部的连续性，并通过多次迭代把边界处风速信号传导至选定的涡旋区域内部。

[0083] 作为本发明的优选实施方式，具体的，预设的终止条件为，

[0084] 当至少存在迭代次数达到预设的最大迭代次数、迭代满足代价函数、或低于用户定义的循环阈值中的任意一种情况时，判定为迭代终止，

[0085] 所述代价函数为 循环阈值判定式为 其中σ为矩阵A的标准差，t为迭代次数，ε为一个可自行定义的接近0的误差小量。

[0086] 应用以上步骤131和步骤132的趋向力规则和步骤133边界条件规则，随着时间的推移(迭代)，涡旋将逐渐消失，涡旋区域内的风场将由盛行风所代替。

[0087] 本发明与常规分离算法的差异主要体现在两个方面：一是固定边界值使其始终保持不变；二是迭代中把算数平均转变为加权平均，使得加权后数值靠近临近风速较大的格点。

[0088] 通过固定边界值的设定，使得与边界临界的格点始终与边界处保持数值连续性，在边界附近相较于原方案风场保持了应有的连续性特征。

[0089] 加权平均作用体现在两个方面，一是使得每次迭代涡旋范围内的数值得到均匀化实现涡旋去除的效果；二是以其绝对值作为权重(即风速量级大小)系数进行加权平均，会使得格点的数值趋向于绝对值相对较大数值，解决风场阻尼偏大，数值偏小的问题。另外，通过配合固定边界的条件，通过逐步迭代，边界处的数值将逐步通过卷积传导到矩阵内部，使得矩阵内部格点能获取到外围边界处的信息并且趋向于边界处风速较大的区域。

[0090] 涡旋移动过程，

[0091] 步骤210、选定目标涡旋的所在范围以及涡旋锁定范围，并确定所述目标涡旋的缓冲区范围，所述缓冲区范围包含目标涡旋的锁定范围；

[0092] 步骤220、选择目标涡旋的目标移动位置；

[0093] 步骤230、确定目标涡旋的移动步长、缓冲区的迭代次数以及缓冲区平滑方法；

[0094] 步骤240、通过逐步迭代卷积法将目标涡旋移动至目标移动位置。

[0095] 本发明的涡旋移动方法得到的风场，一方面背景场和涡旋本体之间的风场保持了连续性特征，另一方面在涡旋经过的区域，也能与环境场保持较好的一致性特征。

[0096] 作为本发明的优选实施方式，具体的，所述步骤130中，所采用的动力学卷积公式如下

[0097]

[0098] 其中(i,j)和(m,n)分别表示横、纵格点位置，I为输入变量矩阵，A为输出矩阵。

[0099] 作为本发明的优选实施方式，具体的，所述步骤230中的缓冲区平滑方法为，[0100] 通过动力学卷积公式或平滑迭代公式中的任意一种进行缓冲区平滑处理；

[0101] 其中平滑迭代公式如下，

[0102]

[0103] 其中(i,j)和(m,n)分别表示横、纵格点位置，I为输入变量矩阵，A为输出矩阵。

[0104] 作为本发明的优选实施方式，具体的，所述步骤240中，通过逐步迭代卷积法将目标涡旋移动至目标移动位置，包括以下，

[0105] 步骤241、获取涡旋的锁定范围的风场数值；

[0106] 步骤242、把锁定范围的风场数值按照移动步长平移一个步长；

[0107] 步骤243、在锁定范围外至缓冲区范围内的区域范围中，进行涡旋去除平滑算法计算，但边界条件不同，在保持缓冲区外边界值不变的同时，还需要保持锁定范围的边界值不变，即在缓冲区范围的边界和锁定范围的边界处的数值都保持原值不变，不进行卷积计算；

[0108] 步骤244、重复步骤241值步骤243，直至迭代平移至目标移动位置，最后一步如果位置偏移小于步长则直接移动至终点位置。

[0109] 在卷积计算遇到区域的边界时，采取边界值保持原有数值不变的策略，即在缓冲区的边界和锁定范围内的边界处的数值都保持原值不变，不进行卷积计算。

[0110] 针对台风山竹为例使用本发明所提出的相关方法，

[0111] 参照图3，实施例1.台风山竹涡旋去除

[0112] 步骤A，选择风场的涡旋区域，此处选择台风范围16°N至24.0°N,111.0°E至121°E，得到台风山竹风场矩阵，如图3中的(a)所示。

[0113] 步骤B，选择参数选择最大迭代次数250次，卷积核为9×9范围；

[0114] 步骤C，执行动力学卷积公式中的动力卷积迭代算法，直至最大迭代次数停止；

[0115] 步骤D，把步骤C中得到的矩阵填充到原始风场中，完成此功能，最终技术效果如图3d所示。

[0116] 图3中的(b)所示为步骤C中只执行粘性力作用的结果(步骤131)，可看出只执行粘性作用时涡旋虽然被去除，但是去除区域的风速明显小于环境风速，明显不符合流体运动特征；图3中的(c)所示为执行粘性力作用和边界约束的结果(步骤131‑132)，在通过固定边界值的设定，使得与边界临界的格点始终与边界处保持数值连续性，图3c显示在添加固定边界条件后，在边界附近相较于只使用粘性力约束，风场保持了应有的连续性特征。但其仍然存在着问题，即矩阵内部存在着较大的风速阻尼，在矩阵选区内风速迅速减小，选区内的平均风力与外部背景场有明显差异。图3中的(d)所示为本发明完整步骤结果(步骤131‑132‑133)，通过添加位势趋向力，使得涡旋区域的动量得以恢复，使得格点的数值趋向于绝对值相对较大数值，解决风场风速数值偏小的问题。通过配合固定边界的条件，通过逐步迭代，边界处的数值将逐步通过卷积传导到矩阵内部，使得矩阵内部格点能获取到外围边界处的信息并且趋向于边界处风速较大的区域。

[0117] 参照图4，实施例2.台风山竹涡旋的位置移动

[0118] 步骤a:选定涡旋所在范围，涡旋锁定区范围选择15°N‑26°N，110°E至122°E，设置外围涡旋缓冲区范围为3°经纬度，如图4中的(a)所示；

[0119] 步骤b:设置涡旋的移动方向为向西移动4个经度，向南移动4个经度；

[0120] 步骤c:设置移动步长为0.25°，缓冲区平滑方案选择标准9点平滑。

[0121] 步骤d:使用逐步迭代卷积法把台风山竹从原位置移动到目标位置，完成本发明步骤，如图4中的(b)所示。

[0122] 把台风向西南方向移动时，以0.25°格距为移动步长，每移动一格把台风本体区域移动到新位置并且进行一次缓冲区的迭代卷积操作，依次逐步移动，直到移动到指定位置为止。从图4台风移动前后的风场对比可以发现，一方面背景场和台风本体之间的风场保持了连续性特征，同时在台风经过的区域，也能与环境场保持较好的一致性特征。

[0123] 基于以上分析，本发明通过动力学迭代卷积算法为基础实现台风涡旋去除、台风位置移动的功能，以得到合理的风场结构，使得在网格天气预报中对台风数据进行更好的实时交互，解决台风网格预报中主客观交互订正功能缺失的问题。

[0124] 本发明采用的涡旋分离方法采用动力学迭代卷积法去除风场涡旋，同时使用位势运动进行动量恢复，能较好地解决风速偏小以及与环境背景风场不连续的问题。本发明使用涡旋逐步迭代和缓冲区融合技术方案进行涡旋位置的移动。本发明方案能做到涡旋位置的精确定位移动，同时满足外围风场的风场连续性特征。

[0125] 本发明实现了选区边界处的风向和风力连续性，并在选区内部风向和风力具有沿外部背景风场延续伸展的特性，更能符合实际风场流向特征。考虑到实际网格预报编辑时的要素限制和计算实时性的要求，本方案以只使用单层风场为数据输入，不依赖气压场等额外要素、以及其他大气层次、气候场、多时次变量等信息，做到只依赖单要素实现涡旋分离的功能。

[0126] 较以往算法能在有效去除涡旋的同时，保持原有涡旋区域与环境背景场的运动学一致性，解决涡旋分离后风速异常偏弱的缺陷。此技术实现了选区边界处的风向和风力连续性，使得分离后的风场符合实际风场流向特征，解决了其他方法在边界处的风场不连续性问题。

[0127] 本发明还提出在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的装置，包括：

[0128] 涡旋去除模块，所述涡旋去除模块包括，

[0129] 涡旋区域确定单元，用于选择目标风场的涡旋区域，以此确定目标风场的风场矩阵，

[0130] 参数确定单元，用于确定算法执行的参数，所述参数包括最大迭代次数以及卷积核大小，

[0131] 算法执行单元，用于根据选定的涡旋区域以及算法执行的参数，执行动力学迭代卷积算法直到满足预设的终止条件停止，得到迭代结果，

[0132] 结果返回单元，用于将所述迭代结果填充回所述目标风场所选定的涡旋区域，完成涡旋去除；

[0133] 涡旋移动模块，所述涡旋移动模块包括，

[0134] 涡旋区域确定单元，用于选定目标涡旋的所在范围以及涡旋锁定范围，并确定所述目标涡旋的缓冲区范围，所述缓冲区范围包含目标涡旋的锁定范围；

[0135] 目标移动位置确定单元，用于选择目标涡旋的目标移动位置；

[0136] 方式确定单元，用于确定目标涡旋的移动步长、缓冲区的迭代次数以及缓冲区平滑方法；

[0137] 执行单元，用于通过逐步迭代卷积法将目标涡旋移动至目标移动位置。

[0138] 本发明还提出一种计算机可读存储的介质，所述计算机可读存储的介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述在网格天气预报中实现涡旋去除和涡旋移动的方法的步骤。

[0139] 所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例中的方案的目的。

[0140] 另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

[0141] 所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储的介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或系统、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read‑Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包括的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

[0142] 尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。

[0143] 以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。