本发明涉及大气科学气象学资料同化，具体涉及应用于资料同化的模式与自动站地形高度差处理方法。
背景技术：
1、近年来，我国自动站观测站网日益完备，数量和密度位居世界第一，自动站能提供高频率、高精度的气象观测资料，捕捉到对流系统精细化的地面特征，这对于提升强对流天气预报的准确性具有重要作用。
2、同化自动站资料的能够改善对流系统的地面特征，进而改善预报，但由于模式分辨率的限制，地形往往是通过高分辨率地形资料插值至网格，这种地形高度的插值处理方法导致模式采用一个地形高度值来代表一个较大的网格区域。实际上，网格内不同位置的地形高度是各不相同的，导致实际站点高度与插值后的模式高度存在偏差，且偏差普遍存在。即便使用高分辨率模型，也无法完全捕捉到地形的细节，这使得自动站资料无法被充分运用到数值模式中。
技术实现思路
1、发明目的：本发明的目的是提供应用于资料同化的模式与自动站地形高度差处理方法，以解决在复杂地形下自动站资料的适应性问题，减少地形高度差异带来的影响。
2、技术方案：本发明所述的应用于资料同化的模式与自动站地形高度差处理方法，包括以下步骤：
3、（1）采集伴有暴雨及大风的强对流个例、搜集个例发生时间的自动站资料并进行预处理；
4、（2）计算观测与模式地形高度差；基于地形高度差划分观测类型；
5、（3）根据观测与模式地形高度差，利用改进的基于m-o理论的近地面观测算子方法得到观测位置的模式背景场，即温度、比湿、风。
6、进一步的，步骤（1）中，预处理具体如下：对自动站资料进行质量控制包括：自动站风场观测的时空一致性检验、基于gts地面观测的离群值质控。
7、进一步的，自动站风场观测的时空一致性检验包括：剔除自动站点缺测站点、剔除时间高频异常测站、剔除空间异常观测值；其中，剔除空间异常观测具体如下：选择0.25°0.25°的空间分辨率，通过对比选择区域内邻近站点的观测判断其一致性，公式如下：
8、；
9、其中，为0.05，满足上述公式时，当前自动站不能通过空间一致性检验。
10、进一步的，基于gts地面观测的离群值质控包括：剔除问题站点、gts和自动站观测离群点识别、识别并剔除离群站点；其中，识别并剔除离群站点具体如下：采用最小二乘法计算拟合核密度分布直线，以拟合直线两侧匹配站点数减少到最高点的1‰的值作为阈值，1‰以下区域为截断区间，截断区间内外区分了数据点集合中的主体部分和尾部区域，截断阈值以外为离群点进行剔除。
11、进一步的，步骤（2）包括以下步骤：
12、（21）选取距离观测所在位置最近的左下、右下、左上、右上4个模式网格，对4个网格处的模式地形高度值进行双线性插值求得观测位置处的模式地形高度，公式如下：
13、；
14、其中，表示经过双线性插值的模式地形高度，表示模式网格位置的地形高度， 、表示距离观测最近的模式网格点的 x、 y方向上的索引，、、、分别表示观测位置到左下、右下、左上、右上网格点的权重；
15、（22）计算观测与模式地形高度的差即；
16、（23）对多个例进行观测类型划分阈值的敏感性试验，对试验结果进行客观评分，评分参数包括地面要素均方根误差rmse、降水的公平技巧评分ets以及分数技巧评分fss，得到基于实际效果的最优划分阈值；当地形高度差大于 的自动站被划分为探空类型，按照探空数据的形式进行同化；当地形高度差小于 的自动站被划分为地面类型，采用地面观测同化形式进行同化；
17、（24）剔除地形高度差异显著的观测，具体如下：对多个例进行观测剔除阈值的敏感性试验，通过客观评分对试验结果进行评分，得到基于实际效果的最优剔除阈值。在划分探空观测类型中，地形高度差大于的自动站被剔除；在划分为地面观测类型中，剔除地形高度差小于的自动站。
18、进一步的，步骤（3）具体如下：在原算子近地面高度中引入实际观测与模式地形高度差得到新近地面高度为，即观测在模式地形以上的实际近地面高度，更新近地面前向观测算子涉及到的温度、比湿、风算子以及近地面切线性算子涉及到温度、比湿、风算子；其中，改进的近地面前向观测算子如下：
19、近地面风前向观测算子公式如下：
20、；
21、；
22、其中，表示观测与模式地形高度差，、表示实际近地面高度位置的背景场风速 u、 v分量，、表示模式最低层的风速 u、 v分量，是实际近地面高度处的廓线函数，表示模式最低层的廓线函数；
23、近地面温度、比湿前向观测算子公式如下：
24、；
25、；
26、其中，、表示实际近地面高度位置的背景场温度、比湿，和分别表示模式最低层的位温和混合比，和则表示位于地面的位温和混合比，表示地面气压，理想气体常数，定压比热，和表示实际近地面高度处温度、比湿的稳定度函数，和表示模式最低层温度、比湿的稳定度函数；
27、改进的近地面切线性算子如下：
28、近地面风切线性算子：
29、；
30、；
31、其中，、表示实际近地面高度位置的背景场风速u、v分量的扰动，、表示表示模式最低层的风速 u、 v分量的扰动，是实际近地面高度处的廓线函数的扰动，表示模式最低层的廓线函数的扰动；
32、近地面温度、比湿切线性算子：
33、；
34、；
35、其中，、表示实际近地面高度位置的背景场温度、比湿的扰动，和分别表示模式最低层的位温和比湿的扰动，和则表示位于地面的位温和比湿的扰动，和表示实际近地面高度处的稳定度函数的扰动，和表示模式最低层的稳定度函数的扰动，表示地面气压的扰动。
36、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：建立的改进近地面观测算子方案可以实时应用实际观测与模式地形高度差到同化系统，实时筛选并修改观测算子公式，可以更准确地处理观测与模式地形差异问题；改进的高度差划分方案有效避免了以往方案中因剔除过多观测数据或未充分考虑地形高度差而导致的信息损失，将观测与模式地形高度差加入同化系统中的同时能最大限度地利用所有可用的地面观测数据，显著提高了自动气象站的数据利用率。这种改进不仅优化了数据的综合利用，还增强了同化系统在复杂地形条件下的应用性能；可以改善强对流天气的预报结果。
1.一种应用于资料同化的模式与自动站地形高度差处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的应用于资料同化的模式与自动站地形高度差处理方法，其特征在于，步骤（1）中，预处理具体如下：对自动站资料进行质量控制包括：自动站风场观测的时空一致性检验、基于gts地面观测的离群值质控。
3.根据权利要求2所述的应用于资料同化的模式与自动站地形高度差处理方法，其特征在于，自动站风场观测的时空一致性检验包括：剔除自动站点缺测站点、剔除时间高频异常测站、剔除空间异常观测值；其中，剔除空间异常观测具体如下：选择0.25°0.25°的空间分辨率，通过对比选择区域内邻近站点的观测判断其一致性，公式如下：
4.根据权利要求2所述的应用于资料同化的模式与自动站地形高度差处理方法，其特征在于，基于gts地面观测的离群值质控包括：剔除问题站点、gts和自动站观测离群点识别、识别并剔除离群站点；其中，识别并剔除离群站点具体如下：采用最小二乘法计算拟合核密度分布直线，以拟合直线两侧匹配站点数减少到最高点的1‰的值作为阈值，1‰以下区域为截断区间，截断区间内外区分了数据点集合中的主体部分和尾部区域，截断阈值以外为离群点进行剔除。
5.根据权利要求1所述的应用于资料同化的模式与自动站地形高度差处理方法，其特征在于，步骤（2）包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的应用于资料同化的模式与自动站地形高度差处理方法，其特征在于，步骤（3）具体如下：在原算子近地面高度中引入实际观测与模式地形高度差得到新近地面高度为，即观测在模式地形以上的实际近地面高度，更新近地面前向观测算子涉及到的温度、比湿、风算子以及近地面切线性算子涉及到温度、比湿、风算子；其中，改进的近地面前向观测算子如下：
