基于数值天气预报模式的电网气象预测预警系统

摘要

本发明公开了基于数值天气预报模式的电网气象预测预警系统，包括数值天气预报系统、微气象数据采集系统、MOS预报系统和气象预测系统，微气象数据采集系统连接MOS预报系统，数值天气预报系统分别连接MOS预报系统和气象预测系统，MOS预报系统连接气象预测系统，气象预测系统以数值天气预报系统得到的数据及MOS预报系统得到的数据为基础，用于对辖区的天气现象进行预报、预警、查询、统计和分析，并提供可视化图形界面。本发明的有益效果是：实现了不依赖外部数值天气预报，自主进行定量预测。

说明书

技术领域

本发明涉及电力监测技术领域，具体地，涉及基于数值天气预报模式的电网气象预测预警系统。

背景技术

为了有效检测电网气象灾害，保障线路安全，线路状态监测系统获得大量应用，积累了海量的监测数据。这些数据一方面可用于实时诊断，掌握输电线路的当前状态，另一方面可以用来评估历史，对区域的气象灾害风险进行概率估算。而目前的公共气象服务和电网气象信息服务系统还不能满足输电线路运维的实际需求，主要表现在：时空分辨率还没有精细化到电网运维所需求的程度，无法与实际工作紧密结合；由于输电走廊区域往往是常规观测的稀疏甚至是空白区域，预报的准确度无法满足线路运维需要；数值天气预报数据依赖外部，无法与现有观测数据实现双向共享。

公开号为CN102279424A的中国专利“电网气象灾害预警系统”，公开了一种电网气象灾害预警系统，其结构要点在于，包括有多普勒雷达、雷达数据处理装置、雷达数据识别装置、经纬度取样装置、电网GIS（GeographicInformationSystem）系统和短时预报装置。其优点在于，将多普勒雷达数据与电网GIS系统实现地域信息和灾害信息的有机整合，能够直观的在电网GIS系统中看到设定区域内的气象状况，得到对应状况的短时预报信息。公开号为CN103033855A的中国专利“电网气象灾害监测预警系统”，公开了一种电网气象灾害监测预警系统，具体包括数据采集子系统、数据解析子系统、数据存储子系统、灾害天气综合展示子系统。其优点在于能够准确定位受灾害天气影响的电网设施。

中尺度气象是现代气象科学中发展迅速的一个重要分支，它所研究的大气中尺度运动，关系到区域重要灾害性天气的发现和预防。其中的一方面是通过中尺度数值模式，对中尺度天气过程进行深入的模拟研究和预报试验。随着近年来计算机技术的迅速发展，中尺度数值模式已日趋成熟。中尺度数值气象预报模式有许多，例如WRF计算系统是目前国内外应用较为广泛的模式。

中尺度数值气象预报模式WRF是在上一代MM5模式上发展起来的新一代中尺度模式，是WeatherResearchForecastingmodel的简称。WRF模式系统是由许多美国研究部门及大学的科学家共同参与进行开发研究的新一代中尺度预报模式和同化系统。WRF模式系统将成为改进从云尺度到天气尺度等不同尺度重要天气特征预报精度的工具，重点考虑1～10公里的水平网格。该模式具备高扩展性，是当前气象预报系统中最常用的模式。用WRF进行海洋数值模拟的计算量一般较大，因此需要在高性能计算集群上进行并行计算。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不依赖外部数值天气预报、自主进行定量预测、基于数值天气预报模式的电网气象预测预警系统。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

基于数值天气预报模式的电网气象预测预警系统，包括数值天气预报系统、微气象数据采集系统、MOS（ModelOutputStatistics，模式输出统计）预报系统和气象预测系统，微气象数据采集系统连接MOS预报系统，数值天气预报系统分别连接MOS预报系统和气象预测系统，MOS预报系统连接气象预测系统。

数值天气预报系统用于接收天气预报数据，并基于天气预报数据输出数值天气预报，将数值天气预报输送至MOS预报系统和气象预测系统。

微气象数据采集系统用于采集辖区内气象观测站点提供的时效气象数据并送入MOS预报系统。

MOS预报系统基于微气象数据采集系统采集到的辖区内时效气象数据得到预测结果，并对将该预测结果与微气象数据采集系统内的该区域的历史真实数据及该区域的在线监测气象数据进行比较，分析MOS预报系统对公共气象预报结果的改进程度及MOS预报系统预报结果的准确性和在线监测信息的可靠性，并将其预测结果、比较分析结果以及辖区内时效气象数据输送至气象预测系统。

气象预测系统以数值天气预报系统得到的数据及MOS预报系统得到的数据为基础，用于对辖区的天气现象进行预报、预警、查询、统计和分析，

本发明包括数值天气预报系统和气象预测系统两个模块，与此同时还有MOS（ModelOutputStatistics）系统、数据传输等与之配合。数值天气预报系统实现对目标区域的短期预测，预测结果结合实测资料建立MOS系统，对预测结果进行修正，修正后的结果发送到气象预测系统实现人机交互。实现了不依赖外部数值天气预报，自主进行定量预测，成为微气象区输电线路安全运行预报的重要参考。

进一步的，气象预测系统具有可视化图形界面，用于显示预报结果、预警结果、统计结果、分析结果和实现人机交互。

进一步的，所述的数值天气预报系统包括数据输入模块、数值天气预报服务器、输出模块和后处理模块，数据输入模块、数值天气预报服务器、输出模块和后处理模块依次连接，输入模块用于将天气预报数据输入到数值天气预报服务器，数值天气预报服务器采用业务化NWP（NumericalWeatherPrediction，数值天气预报）系统对天气预报数据进行业务化NWP预测，输出模块用于将气象预报数据预测结果输出至后处理模块，后处理模块用于对气象预报数据预测结果进行精细化数值计算，并将计算结果输送至MOS预报系统和气象预测系统。

进一步的，业务化NWP系统采用WRF中尺度模式，每间隔固定时长启动一次业务化预测，对目标区域进行精细化数值计算，预测出未来超短期、短期气象要素变化。优选的，每24小时启动一次业务化预测，对目标区域进行精细化数值计算，预测出未来0-4小时超短期、0-72小时短期气象要素变化。

进一步的，所述的数值天气预报服务器为群集计算机。

进一步的，所述的MOS预报系统通过对采集辖区内时效气象数据进行迭代计算得到预测结果。

进一步的，MOS预报系统输出的预测结果包括典型气象数据预测和天气现象预报预警，所述的括典型气象数据预测为实时、定时、定量地对辖区线路走廊内，影响输电线路安全运行的典型气象数据进行高精度短期预测和超短期预测，其中，气象数据包括风速、气温、湿度、气压、降雨量、降水强度、光辐射强度中的至少一项；所述的天气现象预报预警为实时、定时、定量地对辖区线路走廊内的各种天气现象进行预报，根据天气现象对输电线路影响的严重程度分级别显示，对可能影响输电线路安全的灾害天气进行预警，其中，电网天气包括台风、暴雨、暴雪、寒潮、大风、高温、雷电、冰雹、霜冻、大雾、霾、冻雨中的至少一项。

进一步的，所述的气象预测系统包含：

预测数据库模块，用于存储数值天气预报服务器输出的气象预报数据预测结果、超短期天气预测数据、短期预测数据、辖区内时效气象数据、MOS预报系统输出的预测结果、比较分析结果；

数据分析模块，用于通过对数值天气预报系统和MOS预报系统得到的预测结果的数据积累、数据挖掘，基于不同查询方式对数据进行分析处理，处理结果存入预测数据库模块，

人机界面模块，用于以数据表格、过程线或直方图等形式向用户展现实测气象数据、预测中间结果和最终结果，

误差分析模块，用于统计短期预测和超短期预测的数据质量的合格率、平均相对误差和相关系数，存入预测数据库模块，为优化系统误差提供基础，

预测质量分析模块，用于将本系统的预测质量与公共气象服务的预测质量进行对比分析，分析结果存入预测数据库模块，

预测数据库模块分别连接MOS预报系统、数值天气预报系统、数据分析模块、人机界面模块、误差分析模块和预测质量分析模块。

进一步的，所述的气象预测系统还包括用户认证模块，用于对不同身份用户的访问权限进行分级。用户认证模块连接人机界面模块。

综上，本发明的有益效果是：

1、本发明包括数值天气预报系统和气象预测系统两个模块，与此同时还有MOS（ModelOutputStatistics）系统、数据传输等与之配合。数值天气预报系统实现对目标区域的短期预测，预测结果结合实测资料建立MOS系统，对预测结果进行修正，修正后的结果发送到气象预测系统实现人机交互。

2、本发明能够每24小时启动一次业务化预测，对目标区域进行精细化数值计算，预测出未来72小时的气象要素变化。

3、本发明实现了不依赖外部数值天气预报，自主进行定量预测，成为微气象区输电线路安全运行预报的重要参考。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图，

图2是本发明气象预测系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

如图1所示，基于数值天气预报模式的电网气象预测预警系统，包括数值天气预报系统、微气象数据采集系统、MOS（ModelOutputStatistics，模式输出统计）预报系统和气象预测系统，微气象数据采集系统连接MOS预报系统，数值天气预报系统分别连接MOS预报系统和气象预测系统，MOS预报系统连接气象预测系统。

数值天气预报系统用于接收天气预报数据，并基于天气预报数据输出数值天气预报，将数值天气预报输送至MOS预报系统和气象预测系统。

微气象数据采集系统用于采集辖区内气象观测站点提供的时效气象数据并送入MOS预报系统。

MOS预报系统基于微气象数据采集系统采集到的辖区内时效气象数据得到预测结果，并对将该预测结果与微气象数据采集系统内的该区域的历史真实数据及该区域的在线监测气象数据进行比较，分析MOS预报系统对公共气象预报结果的改进程度及MOS预报系统预报结果的准确性和在线监测信息的可靠性，并将其预测结果、比较分析结果以及辖区内时效气象数据输送至气象预测系统。

气象预测系统以数值天气预报系统得到的数据及MOS预报系统得到的数据为基础，用于对辖区的天气现象进行预报、预警、查询、统计和分析。

本发明包括数值天气预报系统和气象预测系统两个模块，与此同时还有MOS（ModelOutputStatistics）系统、数据传输等与之配合。数值天气预报系统实现对目标区域的短期预测，预测结果结合实测资料建立MOS系统，对预测结果进行修正，修正后的结果发送到气象预测系统实现人机交互。实现了不依赖外部数值天气预报，自主进行定量预测，成为微气象区输电线路安全运行预报的重要参考。

进一步的，气象预测系统具有可视化图形界面，用于显示预报结果、预警结果、统计结果、分析结果和实现人机交互。

进一步的，如图2所示，所述的数值天气预报系统包括数据输入模块、数值天气预报服务器、输出模块和后处理模块，数据输入模块、数值天气预报服务器、输出模块和后处理模块依次连接，输入模块用于将天气预报数据输入到数值天气预报服务器，数值天气预报服务器采用业务化NWP（NumericalWeatherPrediction，数值天气预报）系统对天气预报数据进行业务化NWP预测，输出模块用于将气象预报数据预测结果输出至后处理模块，后处理模块用于对气象预报数据预测结果进行精细化数值计算，并将计算结果输送至MOS预报系统和气象预测系统。

进一步的，业务化NWP系统采用WRF中尺度模式，每间隔固定时长启动一次业务化预测，对目标区域进行精细化数值计算，预测出未来超短期、短期气象要素变化。优选的，每24小时启动一次业务化预测，对目标区域进行精细化数值计算，预测出未来0-4小时超短期、0-72小时短期气象要素变化。

进一步的，所述的数值天气预报服务器为群集计算机。

进一步的，所述的MOS预报系统通过对采集辖区内时效气象数据进行迭代计算得到预测结果。

进一步的，MOS预报系统输出的预测结果包括典型气象数据预测和天气现象预报预警，所述的括典型气象数据预测为实时、定时、定量地对辖区线路走廊内，影响输电线路安全运行的典型气象数据进行高精度短期预测和超短期预测，其中，气象数据包括风速、气温、湿度、气压、降雨量、降水强度、光辐射强度中的至少一项；所述的天气现象预报预警为实时、定时、定量地对辖区线路走廊内的各种天气现象进行预报，根据天气现象对输电线路影响的严重程度分级别显示，对可能影响输电线路安全的灾害天气进行预警，其中，电网天气包括台风、暴雨、暴雪、寒潮、大风、高温、雷电、冰雹、霜冻、大雾、霾、冻雨中的至少一项。

进一步的，所述的气象预测系统包含：

预测数据库模块，用于存储数值天气预报服务器输出的气象预报数据预测结果、超短期天气预测数据、短期预测数据、辖区内时效气象数据、MOS预报系统输出的预测结果、比较分析结果；

数据分析模块，用于通过对数值天气预报系统和MOS预报系统得到的预测结果的数据积累、数据挖掘，基于不同查询方式对数据进行分析处理，处理结果存入预测数据库模块，

人机界面模块，用于以数据表格、过程线或直方图等形式向用户展现实测气象数据、预测中间结果和最终结果，

误差分析模块，用于统计短期预测和超短期预测的数据质量的合格率、平均相对误差和相关系数，存入预测数据库模块，为优化系统误差提供基础，

预测质量分析模块，用于将本系统的预测质量与公共气象服务的预测质量进行对比分析，分析结果存入预测数据库模块，

预测数据库模块分别连接MOS预报系统、数值天气预报系统、数据分析模块、人机界面模块、误差分析模块和预测质量分析模块。

进一步的，所述的气象预测系统还包括用户认证模块，用于对不同身份用户的访问权限进行分级。用户认证模块连接人机界面模块。

如上所述，可较好的实现本发明。