热带气旋影响下特定区域闪电与温度相关性的计算方法及系统

1.本发明涉及一种热带气旋影响下特定区域闪电与温度相关性的计算方法及系统。


背景技术：

2.闪电是发生在云与云或云与地之间的强放电过程，也是一种严重的自然灾害，曾被评为十大最严重的自然灾害之一。闪电引发的森林和建筑火灾不仅对经济造成巨大的损失，更是危害人民生命安全。
3.据相关资料统计，全球每年因闪电造成的经济损失高达数十亿美元以上，每年因闪电造成的伤亡人数达万人之巨。许多观测和研究证明，热带气旋系统常常发生闪电活动。因此，研究热带气旋影响下的区域闪电特征对经济发展具有重要现实意义。
4.然而，现有技术在研究热带气旋影响下特定区域闪电与温度相关性的计算时，都是针对数据集大小一致的情况，而当数据集大小不一致时，无法计算相关性。目前，尚未出现一种涉及热带气旋影响下区域闪电数据集和温度数据集不一致时，计算二者相关性的方法或系统。


技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种热带气旋影响下特定区域闪电与温度相关性的计算方法及系统。
6.本发明提供一种热带气旋影响下特定区域闪电与温度相关性的计算方法，该方法包括如下步骤：a.按时间序列分批读入热带气旋数据集、闪电数据集和温度数据集，识别所述热带气旋数据集、闪电数据集和温度数据集中的异常数据，并进行替代或删除；b.筛选距离特定区域一定范围内的热带气旋，按热带气旋等级进行分组，并统计每小时内特定区域发生的闪电数；c.将处理后的热带气旋数据集和闪电数据集根据时间序列进行合并，得到该时刻下热带气旋的等级、经纬度坐标及一小时内特定区域发生的闪电总数；将处理后的热带气旋数据集和温度数据集根据时间序列进行合并，得到该时刻下热带气旋的等级、经纬度坐标及同时刻特定区域的温度；d.根据热带气旋等级、热带气旋经纬度坐标、该热带气旋发生一小时内特定区域发生的闪电数，利用反距离权重法进行插值，得到热带气旋影响下特定区域的闪电空间分布图；根据热带气旋等级、热带气旋经纬度坐标、该热带气旋发生时刻特定区域的温度，用反距离权重法进行插值得到热带气旋影响下特定区域的温度空间分布图；e.读取所述闪电空间分布图中的数据和所述温度空间分布图中的数据，并计算得到所述特定区域闪电与温度的相关性。
7.优选地，所述的步骤a包括：
8.按时间序列读取所述热带气旋数据集、闪电数据集和温度数据集后对存在空值的数据进行删除，并将所述热带气旋数据集、闪电数据集和温度数据集的时间格式统一为：时-分-秒。
9.优选地，所述的步骤b包括：
10.根据所述特定区域的经纬度坐标和热带气旋的经纬度坐标，计算所述特定区域与热带气旋之间的地理空间距离；
11.根据热带气旋等级，即热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风、超强台风进行分组；
12.由于超强台风和强台风样本数相对于其他强度类别的热带气旋要少一些，故将超强台风和强台风合并为一类，将其命名为ssty，最终得到五类不同等级的热带气旋数据集。
13.优选地，其特征在于：
14.所述地理空间距离通过如下计算公式得到：
[0015][0016]
其中，s是地球上两点间距离(km)；r是地球的半径(km)；l1和是a点的经度和纬度，l2和是b点的经度和纬度。
[0017]
优选地，所述的步骤b还包括：
[0018]
根据闪电发生时的经纬度坐标来逐一判断该闪电是否位于所述特定区域；
[0019]
对筛选后的数据集做逐时统计，即分为：0:00-1:00， 1:00-2:00
…
23:00-24:00二十四个时次，统计每小时内所述特定区域的闪电总数。
[0020]
优选地，所述的步骤d包括：
[0021]
将处理后的热带气旋数据集和闪电数据集根据时间序列进行合并，得到该时刻下热带气旋的等级、经纬度坐标及一小时内所述特定区域发生的闪电总数。
[0022]
优选地，所述的步骤d还包括：
[0023]
根据已得到的数据，即热带气旋等级、热带气旋经纬度坐标、该热带气旋发生一小时内所述特定区域的闪电总数，利用反距离权重法进行插值得到热带气旋影响下特定区域的闪电空间分布图。
[0024]
优选地，所述的步骤d还包括：
[0025]
根据热带气旋等级、热带气旋经纬度坐标、该热带气旋发生时刻特定区域的温度，用反距离权重法进行插值得到热带气旋影响下特定区域的温度空间分布图。
[0026]
优选地，所述的步骤e具体包括：
[0027]
根据所述闪电空间分布图中每0.1*0.1格点存在的值和所述温度空间分布图中每0.1*0.1格点存在的值，计算得到热带气旋影响下特定区域闪电和温度的空间相关性。
[0028]
本发明提供一种热带气旋影响下特定区域闪电与温度相关性的计算系统，该系统包括识别模块、分组模块、合并模块、插值模块以及相关性模块，其中：所述识别模块用于按时间序列分批读入热带气旋数据集、闪电数据集和温度数据集，识别所述热带气旋数据集、闪电数据集和温度数据集中的异常数据，并进行替代或删除；所述分组模块用于筛选距离特定区域一定范围内的热带气旋，按热带气旋等级进行分组，并统计每小时内特定区域发生的闪电数；所述合并模块用于将处理后的热带气旋数据集和闪电数据集根据时间序列进行合并，得到该时刻下热带气旋的等级、经纬度坐标及一小时内特定区域发生的闪电总数；以及将处理后的热带气旋数据集和温度数据集根据时间序列进行合并，得到该时刻下热带气旋的等级、经纬度坐标及同时刻特定区域的温度；所述插值模块用于根据热带气旋等级、
热带气旋经纬度坐标、该热带气旋发生一小时内特定区域发生的闪电数，利用反距离权重法进行插值，得到热带气旋影响下特定区域的闪电空间分布图；根据热带气旋等级、热带气旋经纬度坐标、该热带气旋发生时刻特定区域的温度，用反距离权重法进行插值得到热带气旋影响下特定区域的温度空间分布图；所述相关性模块用于读取所述闪电空间分布图中的数据和所述温度空间分布图中的数据，并计算得到所述特定区域闪电与温度的相关性。
[0029]
本发明能够在一种热带气旋发生时，计算某一特定区域的闪电和温度相关性，具有通用性。本发明通过对两者的数据集进行插值处理得到两者的空间分布图，读取空间分布图中每0.1
°×
0.1
°
的格点的数据从而计算两者之间的相关性。且本发明将热带气旋分为不同等级，分别计算不同等级的热带气旋影响下特定区域闪电与温度之间的相关性。本发明对热带气旋影响下区域闪电活动的预报有重要参考价值。
附图说明
[0030]
图1为本发明热带气旋影响下特定区域闪电与温度相关性的计算方法的流程图；
[0031]
图2为本发明实施例提供的不同等级热带气旋影响下深圳闪电空间分布图的示意图：其中，(a)ssty；(b)ty；(c)sts；(d)ts；(e)td；(f)all tc；
[0032]
图3为本发明热带气旋影响下特定区域闪电与温度相关性的计算系统的硬件架构图。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0034]
参阅图1所示，是本发明热带气旋影响下特定区域闪电与温度相关性的计算方法较佳实施例的作业流程图。
[0035]
本实施例以深圳地区为例，研究深圳地区在热带气旋影响下的闪电与温度相关性。值得说明的是，该方法具有通用性，不仅适合对深圳地区的闪电与温度相关性进行研究，也适合于其他地区。
[0036]
步骤s1，按时间序列分批读入热带气旋数据集、闪电数据集和温度数据集，识别所述热带气旋数据集、所述闪电数据集和所述温度数据集中的异常数据，并进行替代或删除。具体而言：
[0037]
由于热带气旋数据集、所述闪电数据集和所述温度数据集中的原始数据可能存在数据缺失或数据异常，本实施例按时间序列读取所述热带气旋数据集、所述闪电数据集和所述温度数据集后对存在空值的数据进行删除，并将所述热带气旋数据集、所述闪电数据集和所述温度数据集的时间格式统一为：时-分-秒。
[0038]
步骤s2，筛选距离深圳气象站1000km范围内的热带气旋，按热带气旋等级进行分组，并统计每小时内深圳地区发生的闪电数。具体而言：
[0039]
由于距离太远的热带气旋对深圳地区影响较弱，所以本实施例选取距离深圳气象站1000km范围内的热带气旋。根据深圳气象站的经纬度坐标和热带气旋的经纬度坐标计算两者的地理空间距离。根据热带气旋生命史的不同强度，即热带低压(tropical depression,td)、热带风暴 (tropicalstorm,ts)、强热带风暴(severe tropical storm,sts)、台风 (typhoon,ty)、强台风(severe typhoon,sty)、超强台风(supertyphoon,
superty)进行分组。由于超强台风和强台风样本数相对于其他强度类别的热带气旋要少一些，所以本实施例将超强台风和强台风合并为一类，将其命名为ssty。最终得到五类不同等级的热带气旋数据集。
[0040]
地理空间距离计算公式如下：
[0041][0042]
其中，s是地球上两点间距离(km)；r是地球的半径(km)；l1和是a点的经度和纬度，l2和是b点的经度和纬度。
[0043]
由于所述闪电数据集不只是位于深圳的闪电，故需要筛选出只位于深圳地区的闪电。根据闪电发生时的经纬度坐标来逐一判断该闪电是否位于深圳地区。对筛选后的数据集做逐时统计，即分为：0:00-1:00， 1:00-2:00
…
23:00-24:00等24个时次(北京时)，统计每小时内深圳地区的闪电总数。
[0044]
步骤s3，按时间序列分别合并热带气旋数据集和闪电数据集、热带气旋数据集和温度数据集。具体而言：
[0045]
将处理后的热带气旋数据集和闪电数据集根据时间序列进行合并，得到该时刻下热带气旋的等级、经纬度坐标及一小时内深圳地区发生的闪电总数。
[0046]
将处理后的热带气旋数据集和温度数据集根据时间序列进行合并，得到该时刻下热带气旋的等级、经纬度坐标及同时刻深圳地区的温度。
[0047]
步骤s4，根据已有数据用反距离权重法进行插值，得到热带气旋影响下深圳地区的闪电空间分布图和温度空间分布图。
[0048]
反距离权重法假设所有的已知点对于预测点的值都会有一定作用，任意一个已知点的值对预测点值的作用与距离有关。已知点距离预测点越近作用越大，距离越远作用越小。
[0049]
在估计预测点数值时，假设距离估计预测点最近的n个已知点对该预测点有作用，则所述n个已知点对预测点的作用和它们之间的距离成反比。距离预测点更近的已知点的权重更大，所有已知点的权重和为1。
[0050]
根据已得到的数据，即热带气旋等级、热带气旋经纬度坐标、该热带气旋发生一小时内深圳地区的闪电总数，用反距离权重法进行插值得到热带气旋影响下深圳地区的闪电空间分布图，请参阅图2，其中，五角星代表深圳地区，黑点代表热带气旋相对深圳的位置，颜色深浅程度代表黑点位置的热带气旋给深圳带来的闪电影响。
[0051]
步骤s5，读取所述闪电空间分布图中每0.1*0.1格点的数据和所述温度空间分布图中每0.1*0.1格点的数据，并计算得到闪电与温度的相关性。
[0052]
在本实施例中，图2中每0.1
°×
0.1
°
的格点存在一个值，则可以计算热带气旋影响下深圳地区闪电和温度的空间相关性。例如图2(e)等级为 td的热带气旋闪电空间分布图范围为104.6
°
e-123.7
°
e、13.6
°
n-30.8
°
n中每0.1
°×
0.1
°
的格点都有一个值，表示该点深圳地区闪电的次数。如此计算得到热带气旋期间深圳地区闪电与温度的相关性，如表1所示。
[0053]
表1热带气旋影响下深圳闪电和温度的相关性
[0054][0055]
参阅图3所示，是本发明热带气旋影响下特定区域闪电与温度相关性的计算系统10的硬件架构图。该系统包括：识别模块101、分组模块 102、合并模块103、插值模块104以及相关性模块105。其中：
[0056]
所述识别模块101用于按时间序列分批读入热带气旋数据集、闪电数据集和温度数据集，识别所述热带气旋数据集、闪电数据集和温度数据集中的异常数据，并进行替代或删除；
[0057]
所述分组模块102用于筛选距离特定区域一定范围内的热带气旋，按热带气旋等级进行分组，并统计每小时内特定区域发生的闪电数；
[0058]
所述合并模块103用于将处理后的热带气旋数据集和闪电数据集根据时间序列进行合并，得到该时刻下热带气旋的等级、经纬度坐标及一小时内特定区域发生的闪电总数；以及
[0059]
将处理后的热带气旋数据集和温度数据集根据时间序列进行合并，得到该时刻下热带气旋的等级、经纬度坐标及同时刻特定区域的温度；
[0060]
所述插值模块104用于根据热带气旋等级、热带气旋经纬度坐标、该热带气旋发生一小时内特定区域发生的闪电数，利用反距离权重法进行插值，得到热带气旋影响下特定区域的闪电空间分布图；根据热带气旋等级、热带气旋经纬度坐标、该热带气旋发生时刻特定区域的温度，用反距离权重法进行插值得到热带气旋影响下特定区域的温度空间分布图；
[0061]
所述相关性模块105用于读取所述闪电空间分布图中的数据和所述温度空间分布图中的数据，并计算得到所述特定区域闪电与温度的相关性。
[0062]
虽然本发明参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应能理解，上述较佳实施方式仅用来说明本发明，并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、改进等，均应包含在本发明的权利保护范围之内。

技术特征：
1.一种热带气旋影响下特定区域闪电与温度相关性的计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：a.按时间序列分批读入热带气旋数据集、闪电数据集和温度数据集，识别所述热带气旋数据集、闪电数据集和温度数据集中的异常数据，并进行替代或删除；b.筛选距离特定区域一定范围内的热带气旋，按热带气旋等级进行分组，并统计每小时内特定区域发生的闪电数；c.将处理后的热带气旋数据集和闪电数据集根据时间序列进行合并，得到该时刻下热带气旋的等级、经纬度坐标及一小时内特定区域发生的闪电总数；将处理后的热带气旋数据集和温度数据集根据时间序列进行合并，得到该时刻下热带气旋的等级、经纬度坐标及同时刻特定区域的温度；d.根据热带气旋等级、热带气旋经纬度坐标、该热带气旋发生一小时内特定区域发生的闪电数，利用反距离权重法进行插值，得到热带气旋影响下特定区域的闪电空间分布图；根据热带气旋等级、热带气旋经纬度坐标、该热带气旋发生时刻特定区域的温度，用反距离权重法进行插值得到热带气旋影响下特定区域的温度空间分布图；e.读取所述闪电空间分布图中的数据和所述温度空间分布图中的数据，并计算得到所述特定区域闪电与温度的相关性。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤a包括：按时间序列读取所述热带气旋数据集、闪电数据集和温度数据集后对存在空值的数据进行删除，并将所述热带气旋数据集、闪电数据集和温度数据集的时间格式统一为：时-分-秒。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤b包括：根据所述特定区域的经纬度坐标和热带气旋的经纬度坐标，计算所述特定区域与热带气旋之间的地理空间距离；根据热带气旋等级，即热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风、超强台风进行分组；由于超强台风和强台风样本数相对于其他强度类别的热带气旋要少一些，故将超强台风和强台风合并为一类，将其命名为ssty，最终得到五类不同等级的热带气旋数据集。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述地理空间距离通过如下计算公式得到：其中，s是地球上两点间距离；r是地球的半径；l1和是a点的经度和纬度，l2和是b点的经度和纬度。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的步骤b还包括：根据闪电发生时的经纬度坐标来逐一判断该闪电是否位于所述特定区域；对筛选后的数据集做逐时统计，即分为：0:00-1:00，1:00-2:00
…
23:00-24:00二十四个时次，统计每小时内所述特定区域的闪电总数。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的步骤d包括：在估计预测点数值时，假设距离估计预测点最近的n个已知点对该预测点有作用，则所
述n个已知点对预测点的作用和它们之间的距离成反比，距离预测点更近的已知点的权重更大，所有已知点的权重和为1。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的步骤d还包括：根据已得到的数据，即热带气旋等级、热带气旋经纬度坐标、该热带气旋发生一小时内所述特定区域的闪电总数，利用反距离权重法进行插值得到热带气旋影响下特定区域的闪电空间分布图。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步骤d还包括：根据热带气旋等级、热带气旋经纬度坐标、该热带气旋发生时刻特定区域的温度，用反距离权重法进行插值得到热带气旋影响下特定区域的温度空间分布图。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的步骤e具体包括：根据所述闪电空间分布图中每0.1*0.1格点存在的值和所述温度空间分布图中每0.1*0.1格点存在的值，计算得到热带气旋影响下特定区域闪电和温度的空间相关性。10.一种热带气旋影响下特定区域闪电与温度相关性的计算系统，其特征在于，该系统包括识别模块、分组模块、合并模块、插值模块以及相关性模块，其中：所述识别模块用于按时间序列分批读入热带气旋数据集、闪电数据集和温度数据集，识别所述热带气旋数据集、闪电数据集和温度数据集中的异常数据，并进行替代或删除；所述分组模块用于筛选距离特定区域一定范围内的热带气旋，按热带气旋等级进行分组，并统计每小时内特定区域发生的闪电数；所述合并模块用于将处理后的热带气旋数据集和闪电数据集根据时间序列进行合并，得到该时刻下热带气旋的等级、经纬度坐标及一小时内特定区域发生的闪电总数；以及将处理后的热带气旋数据集和温度数据集根据时间序列进行合并，得到该时刻下热带气旋的等级、经纬度坐标及同时刻特定区域的温度；所述插值模块用于根据热带气旋等级、热带气旋经纬度坐标、该热带气旋发生一小时内特定区域发生的闪电数，利用反距离权重法进行插值，得到热带气旋影响下特定区域的闪电空间分布图；根据热带气旋等级、热带气旋经纬度坐标、该热带气旋发生时刻特定区域的温度，用反距离权重法进行插值得到热带气旋影响下特定区域的温度空间分布图；所述相关性模块用于读取所述闪电空间分布图中的数据和所述温度空间分布图中的数据，并计算得到所述特定区域闪电与温度的相关性。

技术总结
本发明涉及一种热带气旋影响下特定区域闪电与温度相关性的计算方法，包括：读入热带气旋数据集、闪电数据集和温度数据集，识别上述数据集中的异常数据；筛选距离特定区域一定范围内的热带气旋，进行分组，并统计每小时内特定区域发生的闪电数；分别合并热带气旋数据集和闪电数据集、热带气旋数据集和温度数据集；得到热带气旋影响下深圳地区的闪电空间分布图和温度空间分布图；读取所述闪电空间分布图中的数据和所述温度空间分布图中的数据，并计算得到所述特定区域闪电与温度的相关性。本发明还涉及一种热带气旋影响下特定区域闪电与温度相关性的计算系统。本发明能够在热带气旋发生时，计算某一特定区域的闪电和温度相关性，具有通用性。具有通用性。具有通用性。


技术研发人员：李晴岚 马超怡 李广鑫
受保护的技术使用者：中国科学院深圳先进技术研究院
技术研发日：2022.02.19
技术公布日：2023/8/31