本發(fā)明涉及氣象，尤其涉及一種尺度適應(yīng)的云微物理轉(zhuǎn)化率的計(jì)算方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、云微物理過程是描述云中粒子生長(zhǎng)演變和形成降水的過程，包括核化、凝結(jié)、碰并增長(zhǎng)、凍結(jié)、融化、蒸發(fā)等一系列復(fù)雜過程。云微物理過程在數(shù)值模式中的描述是通過參數(shù)化方案來實(shí)現(xiàn)的，即云微物理參數(shù)化。

2、云微物理參數(shù)化研究一直是數(shù)值天氣模式研究中的前沿課題。云微物理參數(shù)化方案有兩個(gè)不同的發(fā)展方向：一是體積水(bulk)方案，采用預(yù)設(shè)的譜分布函數(shù)來表征云中水凝物的尺度分布，預(yù)報(bào)一個(gè)或兩個(gè)參數(shù)或矩量(通常是混合比和數(shù)濃度)。另一種是分檔(bin)方案，采用幾十個(gè)甚至上百個(gè)離散化的質(zhì)量或直徑檔表征水凝物的尺度分布，顯式計(jì)算粒子譜分布和演變。與bulk方案相比，bin方案沒有事先給定的譜函數(shù)的限制，與自然圖像更接近。但bin方案的缺點(diǎn)是計(jì)算量大，多用在理論研究中。當(dāng)前通用云微物理方案沒有考慮分辨率的依賴性是目前亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決通用云微物理方案缺乏對(duì)分辨率依賴性的考慮，還沒有一個(gè)適合高分辨率預(yù)報(bào)、能細(xì)致刻畫云物理過程網(wǎng)格分辨率依賴本質(zhì)的尺度適應(yīng)云微物理方案的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種尺度適應(yīng)的云微物理轉(zhuǎn)化率的計(jì)算方法和裝置。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種尺度適應(yīng)的云微物理轉(zhuǎn)化率的計(jì)算方法，所述方法包括：

3、利用當(dāng)前氣象預(yù)報(bào)參數(shù)，得到云微物理過程轉(zhuǎn)化率，所述云微物理過程轉(zhuǎn)化率包括云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化效率、雨水碰并云水效率和霰融化效率；

4、根據(jù)網(wǎng)格距、云量值和一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)雨水覆蓋的范圍值，擬合云水含量次網(wǎng)格擬合式和雨水含量次網(wǎng)格擬合式；

5、通過所述云水含量次網(wǎng)格擬合式和所述雨水含量次網(wǎng)格擬合式，得到修正因子，并利用所述修正因子對(duì)所述云微物理過程轉(zhuǎn)化率進(jìn)行修正。

6、基于上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，所述根據(jù)網(wǎng)格距、云量值和一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)雨水覆蓋的范圍值，擬合云水含量次網(wǎng)格擬合式和雨水含量次網(wǎng)格擬合式，具體包括：

7、根據(jù)網(wǎng)格距和云量值，擬合云水含量次網(wǎng)格擬合式其中，x為網(wǎng)格距，c是云量值；

8、根據(jù)網(wǎng)格距和一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)雨水覆蓋的范圍值，擬合雨水含量次網(wǎng)格擬合式其中，r是一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)雨水覆蓋的范圍值。

9、基于上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，所述通過所述云水含量次網(wǎng)格擬合式和所述雨水含量次網(wǎng)格擬合式，得到修正因子，具體包括：

10、所述修正因子e：

11、其中，b1和b2是常數(shù)，ρ是所述云水含量和所述雨水含量的相關(guān)性值。

12、基于上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，所述利用當(dāng)前氣象預(yù)報(bào)參數(shù)，得到云微物理過程轉(zhuǎn)化率，所述云微物理過程轉(zhuǎn)化率包括云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化效率、雨水碰并云水效率和霰融化效率，具體包括：

13、將云水混合比qc、云滴數(shù)濃度nc和空氣密度ρa(bǔ)輸入公式得到所述云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化效率。

14、基于上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，所述利用當(dāng)前氣象預(yù)報(bào)參數(shù)，得到云微物理過程轉(zhuǎn)化率，所述云微物理過程轉(zhuǎn)化率包括云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化效率、雨水碰并云水效率和霰融化效率，具體包括：

15、將雨水混合比qr和云水混合比qc輸入pra＝67(qcqr)1.15，得到雨水碰并云水。

16、基于上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，所述利用當(dāng)前氣象預(yù)報(bào)參數(shù)，得到云微物理過程轉(zhuǎn)化率，所述云微物理過程轉(zhuǎn)化率包括云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化效率、雨水碰并云水效率和霰融化效率，具體包括：

17、將霰粒子譜分布截距參數(shù)n0g、融化潛熱lf、空氣導(dǎo)熱系數(shù)ka、t0＝273.15，溫度t、霰粒子譜分布斜率參數(shù)λg、空氣密度修正后的霰粒子下落末速度參數(shù)agn，空氣粘性系數(shù)μk、施密特?cái)?shù)sc、霰粒子下落末速度參數(shù)bg、為水的定壓比熱cpw和霰碰并雨滴的效率pracg輸入公式

18、

19、得到所述霰融化效率。

20、第二方面，本發(fā)明還提供了一種尺度適應(yīng)的云微物理轉(zhuǎn)化率的計(jì)算裝置，所述裝置包括：

21、第一處理模塊，用于利用當(dāng)前氣象預(yù)報(bào)參數(shù)，得到云微物理過程轉(zhuǎn)化率，所述云微物理過程轉(zhuǎn)化率包括云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化效率、雨水碰并云水效率和霰融化效率；

22、第二處理模塊，用于根據(jù)網(wǎng)格距、云量值和一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)雨水覆蓋的范圍值，擬合云水含量次網(wǎng)格擬合式和雨水含量次網(wǎng)格擬合式；

23、第三處理模塊，用于通過所述云水含量次網(wǎng)格擬合式和所述雨水含量次網(wǎng)格擬合式，得到修正因子，并利用所述修正因子對(duì)所述云微物理過程轉(zhuǎn)化率進(jìn)行修正。

24、基于上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，所述第二處理模塊，具體用于根據(jù)網(wǎng)格距和云量值，擬合云水含量次網(wǎng)格擬合式其中，x為網(wǎng)格距，c是云量值；

25、根據(jù)網(wǎng)格距和一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)雨水覆蓋的范圍值，擬合雨水含量次網(wǎng)格擬合式其中，r是一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)雨水覆蓋的范圍值。

26、基于上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，第三處理模塊，具體用于所述修正因子e：

27、其中，b1和b2是常數(shù)，ρ是所述云水含量和所述雨水含量的相關(guān)性值。

28、基于上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，第一處理模塊，具體用于將云水混合比qc、云滴數(shù)濃度nc和空氣密度ρa(bǔ)輸入公式得到所述云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化效率。

29、基于上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，第一處理模塊，用于

30、將雨水混合比qr和云水混合比qc輸入pra＝67(qcqr)1.15，得到雨水碰并云水。

31、基于上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，第一處理模塊，具體用于將霰粒子譜分布截距參數(shù)n0g、融化潛熱lf、空氣導(dǎo)熱系數(shù)ka、t0＝273.15，溫度t、霰粒子譜分布斜率參數(shù)λg、空氣密度修正后的霰粒子下落末速度參數(shù)agn，空氣粘性系數(shù)μk、施密特?cái)?shù)sc、霰粒子下落末速度參數(shù)bg、為水的定壓比熱cpw和霰碰并雨滴的效率pracg輸入公式

32、得到所述霰融化效率。

33、第三方面，本發(fā)明還提供一種存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)有多條指令，所述指令用于實(shí)現(xiàn)如上述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的尺度適應(yīng)的云微物理轉(zhuǎn)化率的計(jì)算方法。

34、第四方面，本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括處理器和與所述處理器連接的存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有多條指令，所述指令可被所述處理器加載并執(zhí)行，以使所述處理器能夠執(zhí)行如上述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的尺度適應(yīng)的云微物理轉(zhuǎn)化率的計(jì)算方法。

35、本發(fā)明提供的一種尺度適應(yīng)的云微物理轉(zhuǎn)化率的計(jì)算方法，包括利用當(dāng)前氣象預(yù)報(bào)參數(shù)，得到云微物理過程轉(zhuǎn)化率，所述云微物理過程轉(zhuǎn)化率包括云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化效率、雨水碰并云水效率和霰融化效率；根據(jù)網(wǎng)格距、云量值和一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)雨水覆蓋的范圍值，擬合云水含量次網(wǎng)格擬合式和雨水含量次網(wǎng)格擬合式；通過所述云水含量次網(wǎng)格擬合式和所述雨水含量次網(wǎng)格擬合式，得到修正因子，并利用所述修正因子對(duì)所述云微物理過程轉(zhuǎn)化率進(jìn)行修正。本發(fā)明對(duì)云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化、雨水碰并云水和霰融化過程進(jìn)行改進(jìn)，提升了精細(xì)化預(yù)報(bào)能力。

技術(shù)特征：

1.一種尺度適應(yīng)的云微物理轉(zhuǎn)化率的計(jì)算方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)網(wǎng)格距、云量值和一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)雨水覆蓋的范圍值，擬合云水含量次網(wǎng)格擬合式和雨水含量次網(wǎng)格擬合式，具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述通過所述云水含量次網(wǎng)格擬合式和所述雨水含量次網(wǎng)格擬合式，得到修正因子，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用當(dāng)前氣象預(yù)報(bào)參數(shù)，得到云微物理過程轉(zhuǎn)化率，所述云微物理過程轉(zhuǎn)化率包括云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化效率、雨水碰并云水效率和霰融化效率，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用當(dāng)前氣象預(yù)報(bào)參數(shù)，得到云微物理過程轉(zhuǎn)化率，所述云微物理過程轉(zhuǎn)化率包括云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化效率、雨水碰并云水效率和霰融化效率，具體包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用當(dāng)前氣象預(yù)報(bào)參數(shù)，得到云微物理過程轉(zhuǎn)化率，所述云微物理過程轉(zhuǎn)化率包括云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化效率、雨水碰并云水效率和霰融化效率，具體包括：

7.一種尺度適應(yīng)的云微物理轉(zhuǎn)化率的計(jì)算裝置，其特征在于，所述裝置包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第二處理模塊，具體用于根據(jù)網(wǎng)格距和云量值，擬合云水含量次網(wǎng)格擬合式其中，x為網(wǎng)格距，c是云量值；

9.一種存儲(chǔ)器，其特征在于，

10.一種電子設(shè)備，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種尺度適應(yīng)的云微物理轉(zhuǎn)化率的計(jì)算方法和裝置，包括利用當(dāng)前氣象預(yù)報(bào)參數(shù)，得到云微物理過程轉(zhuǎn)化率，所述云微物理過程轉(zhuǎn)化率包括云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化效率、雨水碰并云水效率和霰融化效率；根據(jù)網(wǎng)格距、云量值和一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)雨水覆蓋的范圍值，擬合云水含量次網(wǎng)格擬合式和雨水含量次網(wǎng)格擬合式；通過所述云水含量次網(wǎng)格擬合式和所述雨水含量次網(wǎng)格擬合式，得到修正因子，并利用所述修正因子對(duì)所述云微物理過程轉(zhuǎn)化率進(jìn)行修正。本發(fā)明對(duì)云雨自動(dòng)轉(zhuǎn)化、雨水碰并云水和霰融化過程進(jìn)行改進(jìn)，提升了精細(xì)化預(yù)報(bào)能力。本發(fā)明還涉及一種設(shè)備和存儲(chǔ)介質(zhì)。

技術(shù)研發(fā)人員：平凡,殷蕾,茅家華,李玉鵬,徐瑾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6