复杂地形作用下雹暴降雹预警方法

本发明涉及气象预报领域，尤其涉及复杂地形作用下雹暴降雹预警方法。

背景技术：

1、雹暴在山地、高原等复杂地形区常表现出更强的非均匀性与突发性。地形抬升、分流及谷风环流可调制对流触发与上升气流，进而改变0至−20℃混合相层的热力环境与过冷液水收支，调控雹胚演变与降雹过程。针对x波段雷达观测，通过引入相态垂直连续性约束等改进措施，显著提升了雹暴单体核心区霰和雹粒子分布的细尺度反演精度。通过研究揭示，复杂地形可通过与边界层过程的相互作用，在特定环流背景下激发出中γ尺度涡旋或持久性辐合线，为雹暴的生成与发展提供关键动力条件。山前区个例研究表明，地形触发的中尺度抬升与入流通道能够重塑风暴回波结构和雹核维持机制，凸显地形对对流组织及降雹落区的约束作用。高原、山地观测揭示了雹粒谱的独特性及粒子增长规律，综上，复杂地形不仅通过动力调整调控雹暴整体演变，其对热力层结与水汽输送的改造，更是影响冰雹形成与增长的重要因素。现有公开的雹暴预报预警技术方案，普遍以雹暴自身特征参数为核心输入，均未充分纳入地形因素对雹暴的调控效应，导致技术适配性存在局限。纯机器学习模型所得结果缺乏明确的物理机制支撑，难以解释预警逻辑的合理性；而单一物理判据的预警方式，又受主观经验影响，定量化水平不足，难以满足精准预警需求。以上均使得预警决策的科学性与可信度大打折扣，无法有效支撑复杂地形下雹暴的精准防控。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了复杂地形作用下雹暴降雹预警方法。本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

2、复杂地形作用下雹暴降雹预警方法，包括：

3、s1、构建初始的集成概率模型，集成概率模型包括特征筛选模块、m个逻辑回归子模型、集成层和物理门控机制层，特征筛选模块的输出分别作为m个逻辑回归子模型的输入，m个逻辑回归子模型的输出均作为集成层的输入，集成层的输出与特征筛选模块的输出均作为物理门控机制层的输入，m为大于2的正整数；每个逻辑回归子模型均采用liblinear求解器和l2正则化进行训练；m个逻辑回归子模型的参数设置各不相同；

4、s2、获取历史雹暴过程样本，并对多个历史雹暴过程样本标注预警标签，然后将标注后的多个历史雹暴过程样本划分为训练样本集和验证样本集；每个雹暴过程样本包括雹暴过程内多个雷达体扫时刻的多源观测数据，所述多源观测数据包括x波段双偏振雷达基数据、30m分辨率aster gdem地形高程数据、云微物理特征数据和动力特征数据，x波段双偏振雷达基数据包括反射率因子zh、差分反射率zdr、比差分相位kdp、径向速度vr和相关系数ρhv；

5、s3、根据多源观测数据提取每个雷达体扫时刻对应的基础特征，基础特征包括地形特征、动力特征和云微物理特征；地形特征包括雹云组合反射率大于40dbz核心区的平均海拔变化值δh和雹云移动路径上的地形坡度s，动力特征包括0℃～−20℃温度层间垂直正值上升气流的90百分位值upp90、0℃～−20℃温度层间垂直上升气流0～0.5m/s的雷达库数nv0-0.5和0℃～−20℃温度层间垂直上升气流0.5～1m/s的雷达库数nv0.5-1，云微物理特征包括过冷水的雷达库数nswa、冰雹的雷达库数nrh、冰晶的雷达库数ncr、冰晶聚合物的雷达库数nag、低密度霰的雷达库数nldg和高密度霰的雷达库数nhdg；

6、s4、根据基础特征构建候选特征集合，且从s2或s10进入s3时，进入s5；从s7返回s3时，进入s8；

7、s5、利用候选特征集合对当前的集成概率模型进行训练优化，获得优化后的集成概率模型以及对应的预警发布参数；

8、s6、获取实时监测的多个雷达体扫时刻的多源观测数据；

9、s7、根据追踪启停条件判断当前雹云对象是否进入监测追踪、维持监测追踪或停止跟踪预警；若判断当前雹云对象进入监测追踪或维持监测追踪时，进入s3；若判断当前雹云对象停止跟踪预警时，进入s10；

10、s8、利用优化后的集成概率模型对候选特征集合进行分析，获得预警判断参数；

11、s9、分析预警判断参数获得分析结果，分析结果为预警状态或无预警，若分析结果为预警状态并生成预警标志，再返回s6；若分析结果为无预警则直接返回s6；

12、s10、当前雹暴过程结束后，根据当前雹暴过程与实际地面降雹情况，将实时预警过程中存储的对象跟踪结果与实际降雹时段进行关联，生成新增标注样本作为训练样本，并返回s3。

13、本发明的有益效果在于：（1）将地形扰动、坡度扰动、微物理活跃度、霰类占比与上升气流信息统一纳入特征体系，能够更准确地表征复杂地形下的成雹演变过程；（2）先由集成概率模型输出概率结果，再由物理门控机制层和状态机进行时序约束与物理一致性校验，既保留机器学习的识别能力，又增强结果的可解释性和可靠性；（3）通过对过程结束后的新增样本进行重新标注和再训练，使预警发布参数能够随样本积累而更新，适于业务化部署和持续优化。

1.复杂地形作用下雹暴降雹预警方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的复杂地形作用下雹暴降雹预警方法，其特征在于，在s4中包括：

3.根据权利要求2所述的复杂地形作用下雹暴降雹预警方法，其特征在于，在s5中包括：

4.根据权利要求3所述的复杂地形作用下雹暴降雹预警方法，其特征在于，在s5006中包括：

5.根据权利要求4所述的复杂地形作用下雹暴降雹预警方法，其特征在于，在s7中，追踪启停条件具体为：当同一雹云对象在同一部雷达的组合反射率中，连续两个相邻雷达体扫时刻和均满足“最大组合反射率回波强度大于或等于40dbz”时，判定雹云对象进入监测追踪；当雹云对象在同一部雷达的组合反射率产品中，连续三个相邻雷达体扫时刻、和均满足“最大组合反射率回波强度小于40dbz”时，判定雹云对象停止跟踪预警；或者当基于相邻两个雷达体扫时刻的目标匹配结果判定雹云对象已消散或无法连续跟踪时，判定雹云对象停止跟踪预警。

6.根据权利要求5所述的复杂地形作用下雹暴降雹预警方法，其特征在于，分析目标匹配结果具体为：基于相邻两个雷达体扫时刻中雹云对象的空间位置连续性、面积重叠关系、回波强度连续性和运动方向连续性，对相邻两个雷达体扫时刻雹云对象是否属于同一跟踪对象所作出的匹配判定结果；若相邻两个雷达体扫时刻中的雹云对象满足预设匹配条件，则判定为同一跟踪雹云对象；若不满足预设匹配条件，则判定为雹云对象已消散或无法连续跟踪；预设匹配条件为上一雷达体扫时刻的雹云对象与当前雷达体扫时刻的雹云对象的组合反射率核心区存在空间重叠，或者质心距离不大于预设距离阈值；其中，组合反射率核心区为组合反射率不低于40 dbz的雷达库集合。

7.根据权利要求6所述的复杂地形作用下雹暴降雹预警方法，其特征在于，在s8中包括：

8.根据权利要求7所述的复杂地形作用下雹暴降雹预警方法，其特征在于，在s8004中包括：

9.根据权利要求8所述的复杂地形作用下雹暴降雹预警方法，其特征在于，在s9中具体包括：

10.，为当前连续初步预警段的起始雷达体扫时刻；，；根据综合告警得分，计算；连续初步预警段保留标志；最终预警标志；