(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111514133.7 (22)申请日 2021.12.13 (71)申请人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410073 湖南省长 沙市开福区德雅路 109号 (72)发明人 杨锦辉　吴建平　任开军　张卫民　 银福康　彭军　阳向荣　孙迪夫　 余意　 (74)专利代理 机构 长沙大珂知识产权代理事务 所(普通合伙) 4323 6 代理人 伍志祥 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) G06F 17/11(2006.01)G06F 17/16(2006.01) (54)发明名称 一种全球谱模式初始场垂直分层任意区间 平滑加密方法 (57)摘要 本发明公开一种全球谱模式初始场垂直分 层任意区间平滑加密技术， 涉及到数值天气预报 领域， 采用 指数拉伸算法， 依据给定需要加密的 气压区间以及新增加垂直层数， 确定新增加垂直 层的混合坐标系数； 在边界端通过二阶函数平滑 来确保新增加的垂直层间隔与端口之间的平滑 性； 确定新增分层的垂直坐标后， 对全球谱 ‑格点 数据从原来 分层采用三次样条插值至新的分层， 在三次样条插值过程中， 利用追赶法快速算法加 速插值的速度。 本发明最终提供一个新的对指定 区域垂直均匀加密的初始场， 且 该场能够适用于 全球谱模式， 并能够稳定积分； 在模式对流层顶 以上增加垂直层， 能够促进重力波向上传播的解 析， 并缓解平流层偏冷问题。 权利要求书1页 说明书7页 附图4页 CN 114219143 A 2022.03.22 CN 114219143 A 1.一种全球谱模式初始场垂直分层任意区间平滑加密方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 获取全球谱 ‑格点数据； 采用指数追赶法确定给定区域 新增分层的气压位置； 依据给定 需要加密的气压区间以及新增加垂直层数， 利用指数拉伸算法确定新增加垂 直层的混合 坐标系数和分层坐标； 在边界端， 通过二阶多项式平滑来确保新增加的垂直层间隔与端口之间的平滑性， 确 保初始场在模式积分时保持稳定； 确定新增 垂直分层的所述分层坐标后， 将原分层数据采用三 次样条插值至新的分层数 据， 在三次样条插值过程中， 利用追赶法加速插值的速度； 输出加密后的初始场数据。 2.根据权利要求1所述的全球谱模式初始场垂直分层任意区间平滑加密方法， 其特征 在于， 对气压10 hPa‑20hPa之间的分层间隔以二阶多 项式平滑变化。 3.根据权利要求1所述的全球谱模式初始场垂直分层任意区间平滑加密方法， 其特征 在于， 原分层数据包括谱 数据和格点数据， 原分层数据和新分层数据的格式为GRIB， 保持谱 格属性不变。 4.根据权利要求1所述的全球谱模式初始场垂直分层任意区间平滑加密方法， 其特征 在于， 所述采用指数追赶法确定给定区域新增分层的气压位置包括： 通过求解下式得到拉 伸参数ze 其中pt为给定气压区间的上边界， n 为新加入的总层数。 5.根据权利要求4所述的全球谱模式初始场垂直分层任意区间平滑加密方法， 其特征 在于， 增加分层的第l层的拉伸系数s(l)计算如下： 其中pt为给定气压区间的上边界， n 为新加入的总层数， ze为拉伸参数。 6.根据权利要求1所述的全球谱模式初始场垂直分层任意区间平滑加密方法， 其特征 在于， 新增的垂直分层 在对流层顶之上。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114219143 A 2一种全球谱 模式初始场垂直分层任意区间平滑加密方 法 技术领域 [0001]本发明属于数值天气预报技术领域， 尤其涉及一种全球谱模式初始场垂直分层任 意区间平 滑加密方法。 背景技术 [0002]现阶段全球谱模式垂直分层一般采用的是137层， 其在模式底部接近地表区域， 由 于人类活动基本集中在该区域， 因此分层密集， 而在 模式顶部平流层以及以上则分层 稀疏。 科学研究表明， 平流层分层过于稀疏会导致重力波向上传播解析程度不够， 从而导致平流 层下部温度偏暖， 平流层顶部偏冷问题。 通过对模式垂直分层的在平流层局部加密能够有 效缓解上述平流层顶部偏冷问题。 [0003]全球谱模式初始场分为球谐谱数据初始场和格点数据初始场， 位于基于混合坐标 的气压面上， 针对给定气 压区间， 进 行局部加密较为困难， 尤其是局部加密后的新的分层必 须以混合坐标A， B的形式给定， 且需保证新的分层是平滑均匀的， 使得初始场能够在 模式积 分时保持稳定性。 因此开 发一种针对局部气压区间平滑加密技术具有较为复杂同时又重要 的意义。 [0004]在新的垂直分层确定后， 针对数据插值如果采用线性插值， 具有较高计算速度但 是其精度不高， 如果采用三次样条插值， 计算精度提升但计算开销增加， 尤其是对全球谱模 式， 海量数据， 为保证 计算实时性， 有必要开发一种快速算法。 发明内容 [0005]本发明的目的在于提供了一种全球谱模式质量混合坐标初始场垂直分层任意区 间平滑加密技术， 该技术能够针对全球谱模式初始场， 谱系 数数据和格点场数据均能对垂 直分层进行局部加密， 加密后的新初始场分层变化平 滑， 积分稳定是一种优异的加密技 术。 [0006]为了解决上述技术问题， 本发明首先采用指数拉伸算法计算出给定区间和层数的 新增分层气压坐标， 同时对区间两端分层间隔进 行二次多项式平滑， 保证模式积分稳定性。 确定分层后， 利用三次样条将原分层数据插值到新分层数据作为新的初始场， 三次样条插 值采用追赶法以保持计算精度同时大幅度增 加计算速度。 [0007]本发明提供的全球谱模式初始场垂直分层任意区间平滑加密方法， 包括以下具体 步骤： [0008]获取全球谱 ‑格点数据； [0009]采用指数追赶法确定给定区域 新增分层的气压位置； [0010]依据给定需要加密的气压区间以及新增加垂直层数， 利用指数拉伸算法确定新增 加垂直层的混合 坐标系数和分层坐标； [0011]在边界端， 通过二阶多项式平滑来确保新增加的垂直层间隔与端口之间的平滑 性， 确保初始场在模式积分时保持稳定； [0012]确定新增垂直分层的所述分层坐标后， 将原分层数据采用三次样条插值至新的分说　明　书 1/7 页 3 CN 114219143 A 3