(19)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 20221086415 6.9 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 北京师范大学 地址 100875 北京市海淀区新 街口外大街 19号 (72)发明人 谢飞　田文寿　 (74)专利代理 机构 北京市盛峰律师事务所 11337 专利代理师 于国强 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G01W 1/10(2006.01) (54)发明名称 临近空间天气与大气环境短中长期预报方 法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种临近空间天气与大气环 境短中长期预报方法及系统， 方法包括下载同化 和预报所需的原始数据； 将原始数据处理预处理 为同化模型能够读取的格式和预报系统需要的 边界场和强迫场； 设计同化参数， 创建同化模型， 基于预处理后的原始数据， 利用同化模型对原始 数据进行同化处理， 制作预报需要的初始场； 设 计预报参数， 创建预报系统， 基于初始场， 利用预 报系统进行 临近空间天气和大气环 境预报； 对预 报结果进行后处理控制和可视化呈现。 优点是： 通过下载必需数据， 制作临近空间预报初始场和 未来30天的下边界场和温室气体强迫场， 实现 临 近空间天气与大气环境短中长期预报。 该方法及 系统能够为临近空间的各种飞行器的飞行活动 提供气象服 务保障。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 115221714 A 2022.10.21 CN 115221714 A 1.一种临近空间天气与大气环境短中长期预报方法， 其特 征在于： 包括如下步骤， S1、 下载同化和预报所需的原 始数据； S2、 将原始数据处理预处理为同化模型能够读取的格 式和预报系统需要的边界场和强 迫场； S3、 设计同化参数， 创建同化模型， 基于预处理后的原始数据， 利用同化模型对原始数 据进行同化处 理， 制作预报需要的初始场； S4、 设计预报参数， 创建预报系统， 基于初始场， 利用预报系统进行临近空间天气和大 气环境预报； S5、 对预报结果进行后处 理控制和可视化呈现。 2.根据权利要求1所述的临近空间天气与 大气环境短中长期预报方法， 其特征在于： 步 骤S1具体为， 输入数据下载的开始时段和结束时段， 以下载同化和预报所需的原始数据； 所 述原始数据包括MLS/AURA温度卫星资料、 GEOS再分析资料、 NOAA历史海温/海冰 数据、 CFS未 来海温/海 冰数据、 C MIP6人类/自然排 放历史和未来数据。 3.根据权利要求2所述的临近空间天气与 大气环境短中长期预报方法， 其特征在于： 步 骤S2包括如下内容， S21、 输入数据预处 理的开始时段和结束时段； S22、 将MLS/AURA温度卫星资料转化为Manhattan同化模型能够读取的文件； 将GEOS再 分析资料、 NOAA历 史海温/海冰数据、 CFS未来海温/海冰数据、 CMIP6人类/自然排放历 史和 未来数据均插分为C ESM2能够读取的水平分辨 率和垂直分辨 率。 4.根据权利要求3所述的临近空间天气与 大气环境短中长期预报方法， 其特征在于： 所 述步骤S22具体为， 将HDP5格式MLS/AURA温度卫星数据转换为NC格式日资料， 再将NC格式日资料转化为 Manhattan同化模型能够读取的一日四 次的obs_seq文件； 将GEOS再分析资料插分为能够用于CESM2进行nudge同化的特定水平分辨率和垂直分 辨率的NC格式数据； 将NOAA历史海温/海冰数据和CFS未来海温/海冰数据插分为CESM2的Data  Ocean模块 能够读取的NC格式数据， 并将历史数据与未来数据连接后， 提供给CESM2的Data  Ocean模块 使用； 将CMIP6人类/自然排放历史和未来数据插分为CESM2的辐射模块和化学模块能够读取 的NC格式数据。 5.根据权利要求4所述的临近空间天气与 大气环境短中长期预报方法， 其特征在于： 步 骤S3包括如下内容， S31、 输入数据同化的开始时段和结束时段， 确定同化需要输入的历史边界场和外强迫 数据； S32、 设定包括同化水平分辨率、 同化垂直分辨率、 集合成员个数和CPU核数在内的同化 初始化参数， 设定包括同化变量、 同化频率、 同化方法在内的同化运行参数， 设定包括输出 变量和输出 频率在内的输出参数， 以创建C ESM2+Manhat tan同化模型； S33、 基于CESM2+Manhattan同化模型进行同化数值实验， 利用集合卡曼滤波方法同化 20‑100公里的卫星观测资料， 利用nudge的方法同化0 ‑20公里的再分析资料， 进而创建预报权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115221714 A 2所需要的初始场。 6.根据权利要求5所述的临近空间天气与 大气环境短中长期预报方法， 其特征在于： 步 骤S4包括如下内容， S41、 输入预报的开始时段和结束时段， 确定预报需要输入的未来边界场和外强迫数 据； S42、 设定包括预报水平分辨率、 预报垂直分辨率、 集合成员个数和CPU核数在内的预报 初始化参数， 设定包括预报变量、 预报频率和预报时效在内的预报运行参数， 以创建CESM2 预报系统； S43、 基于 CESM2预报系统运行 预报数值试验， 并输出 预报结果。 7.根据权利要求6所述的临近空间天气与 大气环境短中长期预报方法， 其特征在于： 步 骤S5具体为， 输入需要后处理数据的开始时段和结束时段， 设定包括出图质量、 出图频率、 动画效果和动画帧数在内的可视化基本参数， 对预报结果进行后处 理控制和可视化呈现。 8.一种临近空间天气与大气环境短中长期预报方法， 其特征在于： 系统用于实现上述 权利要求1至7任一所述的方法， 所述系统包括， 数据下载模块： 用于下 载同化和预报所需的原 始数据； 数据预处理模块： 用于将原始数据处理预处理为同化模型能够读取的格式和预报系统 需要的边界场和强迫场； 数据同化模块： 用于设计同化参数， 创建同化模型， 基于预处理后的原始数据， 利用同 化模型对原 始数据进行同化处 理， 制作预报需要的初始场； 预报模块： 用于设计预报参数， 创建预报系统， 基于初始场， 利用预报系统进行临近空 间天气和大气环境预报； 处理及可视化模块： 用于对预报结果进行后处 理控制和可视化呈现。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115221714 A 3