一種雷暴預(yù)警方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于天氣預(yù)報技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種雷暴預(yù)警方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雷暴是一種伴有冰雹、大風(fēng)和雷電等多種天氣現(xiàn)象的中小尺度天氣過程，其發(fā)生 頻率因地而異、局地特征明顯，預(yù)報十分困難。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高層建筑和 通信設(shè)施不斷增多，雷暴帶來的損失也逐年增加。加強(qiáng)對雷暴產(chǎn)生情況的分析和研宄，對防 災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面有著重要的意義。大氣電場儀根據(jù)導(dǎo)體在電場中產(chǎn)生感應(yīng)電荷的 原理，可長時間連續(xù)地測量大氣電場的強(qiáng)度和極性，并完整記錄雷暴從形成到消亡的整個 過程。雷暴過程屬于復(fù)雜的非線性混沌系統(tǒng)，導(dǎo)致所測電場具有很強(qiáng)的非線性振蕩特性。
[0003]目前，較多采用的是設(shè)置閾值、比較電場抖動速度和極性反轉(zhuǎn)等方法來進(jìn)行雷電 預(yù)警，也有采用和地閃或雷達(dá)等資料綜合預(yù)警，驗(yàn)證了大氣電場數(shù)據(jù)預(yù)報雷暴的可行性，但 目前大多數(shù)研宄的臨近預(yù)報時間較短，預(yù)報模型可靠性較差，且沒有深入挖掘大氣電場數(shù) 據(jù)的振蕩特性。一方面，限于不同地區(qū)、不同季節(jié)等限制因素，而且電場信號受到環(huán)境的影 響嚴(yán)重，傳統(tǒng)的雷暴預(yù)警方法不具有普適性，且預(yù)警準(zhǔn)確率很低；另一方面，傳統(tǒng)的雷暴預(yù) 警方法的預(yù)警時間較短（小于15分鐘），難以滿足實(shí)際需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述【背景技術(shù)】提出的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種雷暴預(yù)警方法，克 服大氣電場信號受環(huán)境等因素的影響，提高數(shù)據(jù)可靠性，且延長預(yù)警時間。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0006] 一種雷暴預(yù)警方法，包括以下步驟：
[0007] (1)將大氣電場數(shù)據(jù)作為原始輸入信號x(t)，依次向原始輸入信號x(t)加入m組 不同的正態(tài)分布白噪聲，從而得到m組數(shù)據(jù)序列Xi'（t)，i=l，2，...，m。
[0008] (2)針對每一組序列Xi'（t)，找出其極大值和極小值，利用三次樣條插值函數(shù)擬合 出上下包絡(luò)線，分別得到第1個均值嘰1(〇，<(〇與％1(〇的差值記為&1(〇，將&1(〇 作為新的數(shù)據(jù)序列，檢查其是否滿足MF條件，如果不滿足，則將用hM(t)替換Xi'（t)后重 新進(jìn)行步驟（2)k次，直至篩選出滿足IMF條件的hu+Jt) = ，k彡1 ;
[0009] (3)將滿足IMF條件的hi;1 (t)或hi，k+1 (t)作為第1階IMF分量ci;1 (t)，并用加噪 序列Xi'（t)減去cu(t)得到殘余數(shù)據(jù)ru(t)，用替換Xi'（t)后依次重復(fù)進(jìn)行步驟 (2)-(3)n次，直至篩選得到的殘余數(shù)據(jù)ri,n+1(t) = ri,n(t)-Ci,n+1(t)為單調(diào)時終止，n彡1 ;
[0010] (4)還原原始輸入信號x(t)，Xi'（t)表示成m組MF分量與殘余數(shù)據(jù)的和形式，原 始輸入信號x(t)為\'（t)的總體平均運(yùn)算，即：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雷暴預(yù)警方法，其特征在于：包括以下步驟： (1) 將大氣電場數(shù)據(jù)作為原始輸入信號X(t)，依次向原始輸入信號x(t)加入m組不同 的正態(tài)分布白噪聲，從而得到m組數(shù)據(jù)序列Xi'（t)，i=l，2，...，m。 (2) 針對每一組序列< (t)，找出其極大值和極小值，利用三次樣條插值函數(shù)擬合出上 下包絡(luò)線，分別得到第1個均值％i(t)，Xi'⑴與％i⑴的差值記為hi:i⑴，將hi:i⑴作 為新的數(shù)據(jù)序列，檢查其是否滿足MF條件，如果不滿足，則將用hM(t)替換Xi'（t)后重新 進(jìn)行步驟（2)k次，直至篩選出滿足IMF條件的hu+Jt) =huW-mu+Jt)，k彡1 ; (3) 將滿足MF條件的hu(t)或hu+Jt)作為第1階IMF分量(^⑴，并用加噪序 列Xi'（t)減去cu(t)得到殘余數(shù)據(jù)r^a)，用替換Xi'（t)后依次重復(fù)進(jìn)行步驟 (2)-(3)n次，直至篩選得到的殘余數(shù)據(jù)ri,n+1(t) =ri,n(t)-Ci,n+1(t)為單調(diào)時終止，n彡1 ; (4) 還原原始輸入信號x(t)，Xi'（t)表示成m組MF分量與殘余數(shù)據(jù)的和形式，原始輸 入信號x(t)為\'（t)的總體平均運(yùn)算，即：
其中，(^⑴為步驟（3)得到的第i組Xi'⑴的第j階MF分量； (5) 選定時間尺度，記錄MF分量方差最大值對應(yīng)的層數(shù)的動態(tài)變化軌跡，定義時間尺 度內(nèi)頂F分量方差最大值對應(yīng)的層數(shù)上的點(diǎn)為穩(wěn)定點(diǎn)，其余層數(shù)上的點(diǎn)為跳變點(diǎn)，對穩(wěn)定 點(diǎn)和跳變點(diǎn)進(jìn)行三次樣條插值，統(tǒng)計跳變點(diǎn)的變化特征； (6) 設(shè)定預(yù)警時間和跳變點(diǎn)預(yù)警閾值，若跳變點(diǎn)的數(shù)量小于等于跳變點(diǎn)預(yù)警閾值，則判 斷在預(yù)警時間內(nèi)沒有雷暴，若跳變點(diǎn)的數(shù)量大于跳變點(diǎn)預(yù)警閾值，則判斷在預(yù)警時間內(nèi)有 雷暴；進(jìn)一步地，若跳變點(diǎn)的數(shù)量大于跳變點(diǎn)預(yù)警值且其MF分量方差最大值對應(yīng)的層數(shù) 整體有遞減趨勢，則判斷在預(yù)警時間內(nèi)有強(qiáng)雷暴，若跳變點(diǎn)的數(shù)量大于跳變點(diǎn)預(yù)警值且其 頂F分量方差最大值對應(yīng)的層數(shù)整體無遞減趨勢，則判斷在預(yù)警時間內(nèi)有弱雷暴。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雷暴預(yù)警方法，其特征在于：步驟（2)中IMF的條件包括： 局部極大值和極小值的點(diǎn)數(shù)與零點(diǎn)個數(shù)相等或相差1 ;在任何時間點(diǎn)上下兩條包絡(luò)線的均 值要接近于零。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種雷暴預(yù)警方法，其特征在于：步驟（5)中的時間尺度為10 分鐘。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種雷暴預(yù)警方法，其特征在于：步驟（6)中的預(yù)警時間為1小 時。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種雷暴預(yù)警方法，其特征在于：步驟（6)中的跳變點(diǎn)預(yù)警閾 值為3。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雷暴預(yù)警方法，通過追蹤電場信號經(jīng)EEMD分解后的分解層方差特性來反映雷暴的發(fā)展變化，通過方差極大值對應(yīng)分解層數(shù)來進(jìn)行雷暴預(yù)警，充分地運(yùn)用了大氣電場信號的振蕩特征，其預(yù)報準(zhǔn)確度和預(yù)警時間都有了很大程度的提升。
【IPC分類】G01R29-08
【公開號】CN104614597
【申請?zhí)枴緾N201510045289
【發(fā)明人】行鴻彥, 張強(qiáng), 季鑫源, 徐偉
【申請人】南京信息工程大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月28日