本公開(kāi)涉及數(shù)據(jù)處理，尤其涉及一種cmip6氣候模式綜合比選方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，全球氣候持續(xù)變暖，氣候變化成為當(dāng)今社會(huì)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。氣候變暖會(huì)使全球和區(qū)域水循環(huán)加劇，導(dǎo)致洪澇、干旱、極端高溫與強(qiáng)降水等極端水文事件頻繁發(fā)生，對(duì)人類安全、社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境都造成了極為嚴(yán)重的影響，從而使得人們對(duì)未來(lái)氣候變化的準(zhǔn)測(cè)預(yù)測(cè)需求也日益增強(qiáng)。此外，準(zhǔn)確地模擬和預(yù)測(cè)氣候變化能為政策制定、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和資源管理提供科學(xué)依據(jù)。

2、為了實(shí)現(xiàn)氣候變化的模擬和預(yù)測(cè)，cmip6(國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃第六階段)匯集了全球多家科研機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)的多種氣候模型，其包含了多種氣候強(qiáng)迫情景，業(yè)已成為國(guó)際上進(jìn)行氣候模擬與預(yù)測(cè)的最有效的工具之一。然而，由于cmip6中不同氣候模型在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、參數(shù)設(shè)置、計(jì)算方法等方面存在差異，使得各模型在模擬性能和適用場(chǎng)景上存在顯著差異。從而使得在對(duì)某一區(qū)域的氣候進(jìn)行研究時(shí)，從cmip6中比選出與該某一區(qū)域適用性最好的氣候模式成為至關(guān)重要的問(wèn)題。

3、目前，氣候模式的比選通常通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算cmip6中各氣候模式模擬值與觀測(cè)值的相關(guān)系數(shù)(r)、標(biāo)準(zhǔn)差(std)以及均方根誤差(rmse)等指標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)，基于前述指標(biāo)對(duì)各氣候模式的模擬能力進(jìn)行評(píng)判以比選出合適的氣候模式，但目前在基于前述方式比選合適的氣候模式時(shí)，往往僅針對(duì)各氣候模式的單一氣象要素進(jìn)行評(píng)估，而同一氣候模式在確保某一氣象要素模擬最優(yōu)的同時(shí)，往往無(wú)法使其他氣象要素模擬也實(shí)現(xiàn)最優(yōu)，進(jìn)而導(dǎo)致氣候預(yù)測(cè)精度低的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開(kāi)提供了一種cmip6氣候模式綜合比選方法及系統(tǒng)，主要目的在于解決相關(guān)技術(shù)僅針對(duì)單一氣象要素進(jìn)行評(píng)估，導(dǎo)致同一氣候模式在確保某一氣象要素模擬最優(yōu)時(shí)，無(wú)法使其他氣象要素模擬也實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的問(wèn)題。

2、根據(jù)本公開(kāi)的第一方面，提供了一種cmip6氣候模式綜合比選方法，其中，包括：

3、獲取cmip6氣候模式數(shù)據(jù)和目標(biāo)研究區(qū)域的氣象實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，所述cmip6氣候模式數(shù)據(jù)的空間范圍包括所述目標(biāo)研究區(qū)域；

4、基于所述氣象實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算所述cmip6氣候模式數(shù)據(jù)中各氣候模式的第一指標(biāo)數(shù)據(jù)，得到所述各氣候模式中每個(gè)氣候模式對(duì)至少兩種氣象要素分別進(jìn)行模擬時(shí)的指標(biāo)因子，所述第一指標(biāo)數(shù)據(jù)的種類為歸一化標(biāo)準(zhǔn)差、空間相關(guān)系數(shù)、平均偏差以及年際標(biāo)準(zhǔn)差；

5、基于預(yù)設(shè)基底函數(shù)根據(jù)所述指標(biāo)因子分別計(jì)算所述每個(gè)氣候模式對(duì)一種氣象要素模擬能力的第一指數(shù)評(píng)分和所述每個(gè)氣候模式對(duì)另一種氣象要素模擬能力的第二指數(shù)評(píng)分，所述至少兩種氣象要素包括所述一種氣象要素和所述另一種氣象要素；

6、對(duì)所述每個(gè)氣候模式對(duì)應(yīng)的所述第一指數(shù)評(píng)分和所述第二指數(shù)評(píng)分之和取平均，得到所述每個(gè)氣候模式對(duì)應(yīng)的綜合指數(shù)評(píng)分；

7、根據(jù)所述綜合指數(shù)評(píng)分從大到小的順序依次從所述各氣候模式中選取出預(yù)設(shè)數(shù)量的氣候模式；

8、基于貝葉斯模型加權(quán)平均法對(duì)所述預(yù)設(shè)數(shù)量的氣候模式進(jìn)行加權(quán)集合平均，得到耦合氣候模式，所述耦合氣候模式用于對(duì)未來(lái)氣象要素的變化規(guī)律進(jìn)行模擬。

9、可選的，所述基于所述氣象實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算所述cmip6氣候模式數(shù)據(jù)中各氣候模式的第一指標(biāo)數(shù)據(jù)，得到所述各氣候模式中每個(gè)氣候模式對(duì)至少兩種氣象要素分別進(jìn)行模擬時(shí)的指標(biāo)因子包括：

10、依次計(jì)算所述各氣候模式中所述每個(gè)氣候模式相對(duì)于所述氣象實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的目標(biāo)歸一化標(biāo)準(zhǔn)差、目標(biāo)空間相關(guān)系數(shù)、目標(biāo)平均偏差以及目標(biāo)年際標(biāo)準(zhǔn)差；

11、基于歸一化標(biāo)準(zhǔn)差轉(zhuǎn)化函數(shù)對(duì)所述目標(biāo)歸一化標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行因子轉(zhuǎn)化，得到第一轉(zhuǎn)化因子；

12、基于空間相關(guān)系數(shù)轉(zhuǎn)化函數(shù)對(duì)所述目標(biāo)空間相關(guān)系數(shù)進(jìn)行因子轉(zhuǎn)化，得到第二轉(zhuǎn)化因子；

13、基于平均偏差轉(zhuǎn)化函數(shù)對(duì)所述目標(biāo)平均偏差進(jìn)行因子轉(zhuǎn)化，得到第三轉(zhuǎn)化因子；

14、基于年際標(biāo)準(zhǔn)差轉(zhuǎn)化函數(shù)對(duì)所述目標(biāo)年際標(biāo)注差進(jìn)行因子轉(zhuǎn)化，得到第四轉(zhuǎn)化因子，所述指標(biāo)因子通過(guò)對(duì)所述第一轉(zhuǎn)化因子、所述第二轉(zhuǎn)化因子、所述第三轉(zhuǎn)化因子以及所述第四轉(zhuǎn)化因子進(jìn)行加權(quán)處理得到，以此得到所述每個(gè)氣候模式對(duì)至少兩種氣象要素分別進(jìn)行模擬時(shí)的指標(biāo)因子；

15、所述歸一化標(biāo)準(zhǔn)差轉(zhuǎn)化函數(shù)的公式表示為：

16、x1＝-∣x1-1∣

17、其中，x1為第一轉(zhuǎn)化因子，x1為所述目標(biāo)歸一化標(biāo)準(zhǔn)差；

18、所述空間相關(guān)系數(shù)轉(zhuǎn)化函數(shù)的公式表示為：

19、x2＝x2-1

20、其中，x2為第二轉(zhuǎn)化因子，x2為所述目標(biāo)空間相關(guān)系數(shù)；

21、所述平均偏差轉(zhuǎn)化函數(shù)的公式表示為：

22、x3＝-|x3|

23、其中，x3為第三轉(zhuǎn)化因子，x3為所述目標(biāo)平均偏差；

24、所述年際標(biāo)準(zhǔn)差轉(zhuǎn)化函數(shù)的公式表示為：

25、x4＝-x4

26、其中，x4為第四轉(zhuǎn)化因子，x4為所述目標(biāo)年際標(biāo)準(zhǔn)差。

27、可選的，所述預(yù)設(shè)基底函數(shù)的公式表示為：

28、s(x)＝βσ(x+δ)

29、其中，δ代表容差，δ＝|maxe(x)|，e(x)為所述各氣候模式模擬所述一種氣象要素時(shí)對(duì)應(yīng)的所述指標(biāo)因子組成的集合或所述各氣候模式模擬所述另一種氣象要素時(shí)對(duì)應(yīng)的所述指標(biāo)因子組成的集合，x為所述各氣候模式模擬所述一種氣象要素時(shí)對(duì)應(yīng)的所述指標(biāo)因子或所述各氣候模式模擬所述另一種氣象要素時(shí)對(duì)應(yīng)的所述指標(biāo)因子；σ為校正因子；β為底數(shù)，s(x)為所述第一指數(shù)評(píng)分或所述第二指數(shù)評(píng)分。

30、可選的，所述方法包括：

31、根據(jù)所述cmip6氣侯模式數(shù)據(jù)和所述氣象實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)依次繪制所述每個(gè)氣候模式下所述至少兩種氣象要素分別對(duì)應(yīng)的空間分布示意圖，得到所述每個(gè)氣候模式下所述一種氣象要素對(duì)應(yīng)的第一空間分布示意圖、所述每個(gè)氣候模式下所述另一種氣象要素對(duì)應(yīng)的第二空間分布示意圖；

32、對(duì)比所述各氣候模式下所述第一空間分布示意圖之間的空間分布特征差異，得到第一空間分布特征差異，并對(duì)比所述各氣候模式下所述第二空間分布示意圖之間的空間分布特征差異，得到第二空間分布特征差異；

33、分別計(jì)算所述每個(gè)氣候模式對(duì)所述一種氣象要素進(jìn)行模擬的第一模擬數(shù)據(jù)和第一目標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間的第一空間相關(guān)系數(shù)，所述第一目標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為所述氣象實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中與所述第一模擬數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；

34、分別計(jì)算所述每個(gè)氣候模式對(duì)所述另一種氣象要素進(jìn)行模擬的第二模擬數(shù)據(jù)和第二目標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間的第二空間相關(guān)系數(shù)，所述第二目標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為所述氣象實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中與所述第二模擬數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，所述cmip6氣候模式數(shù)據(jù)包括所述第一模擬數(shù)據(jù)和所述第二模擬數(shù)據(jù)；

35、根據(jù)所述第一空間分布特征差異和所述第一空間相關(guān)系數(shù)從所述各氣候模式中選取出對(duì)所述一種氣象要素空間特征模擬效果最好的第一目標(biāo)氣候模式；

36、根據(jù)所述第二空間分布特征差異和所述第二空間相關(guān)系數(shù)從所述各氣候模式中選取出對(duì)所述另一種氣象要素空間特征模擬效果最好的第二目標(biāo)氣候模式。

37、可選的，所述方法包括：

38、根據(jù)第一年際標(biāo)準(zhǔn)差從所述各氣候模式中選取出對(duì)所述一種氣象要素時(shí)間特征模擬效果最好的第三目標(biāo)氣候模式，所述第一年際標(biāo)準(zhǔn)差用于描述所述第一模擬數(shù)據(jù)和所述第一目標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間年際波動(dòng)幅度的差異以此判斷所述各氣候模式對(duì)所述一種氣象要素時(shí)間特征的模擬效果；

39、根據(jù)所述第二年際標(biāo)準(zhǔn)差從所述各氣候模式中選取出對(duì)所述另一種氣象要素時(shí)間特征模擬效果最好的第四目標(biāo)氣候模式，所述第二年際標(biāo)準(zhǔn)差用于描述所述第二模擬數(shù)據(jù)和所述第二目標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間年際波動(dòng)幅度的差異以此判斷所述各氣候模式對(duì)所述另一種氣象要素時(shí)間特征的模擬效果，所述第一年際標(biāo)準(zhǔn)差和所述第二年際標(biāo)準(zhǔn)差通過(guò)年際標(biāo)準(zhǔn)差函數(shù)計(jì)算得到；

40、所述年際標(biāo)準(zhǔn)差函數(shù)的公式表示為：

41、

42、其中，stdm代表所述各氣候模式的年際標(biāo)準(zhǔn)差，stdo代表所述氣象實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的年際標(biāo)準(zhǔn)差，ivs代表所述年際標(biāo)準(zhǔn)差。

43、可選的，所述方法包括：

44、計(jì)算所述各氣候模式與所述氣象實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的所述空間相關(guān)系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差以及均方根誤差；

45、根據(jù)所述空間相關(guān)系數(shù)、所述標(biāo)準(zhǔn)差以及所述均方根誤差計(jì)算所述各氣候模式對(duì)所述一種氣象要素進(jìn)行模擬時(shí)的第一性能評(píng)分，并基于所述第一性能評(píng)分從所述各氣候模式中選取出對(duì)所述一種氣象要素模擬性能最好的第五目標(biāo)氣候模式；

46、根據(jù)所述空間相關(guān)系數(shù)、所述標(biāo)準(zhǔn)差以及所述均方根誤差計(jì)算所述各氣候模式對(duì)所述另一種氣象要素進(jìn)行模擬時(shí)的第二性能評(píng)分，并基于所述第二性能評(píng)分從所述各氣候模式中選取出對(duì)所述另一種氣象要素模擬性能最好的第六目標(biāo)氣候模式。

47、根據(jù)本公開(kāi)的第二方面，提供了一種cmip6氣候模式綜合比選系統(tǒng)，包括：

48、獲取單元，用于獲取cmip6氣候模式數(shù)據(jù)和目標(biāo)研究區(qū)域的氣象實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，所述cmip6氣候模式數(shù)據(jù)的空間范圍包括所述目標(biāo)研究區(qū)域；

49、第一計(jì)算單元，用于基于所述氣象實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算所述cmip6氣候模式數(shù)據(jù)中各氣候模式的第一指標(biāo)數(shù)據(jù)，得到所述各氣候模式中每個(gè)氣候模式對(duì)至少兩種氣象要素分別進(jìn)行模擬時(shí)的指標(biāo)因子，所述第一指標(biāo)數(shù)據(jù)的種類為歸一化標(biāo)準(zhǔn)差、空間相關(guān)系數(shù)、平均偏差以及年際標(biāo)準(zhǔn)差；

50、第二計(jì)算單元，用于基于預(yù)設(shè)基底函數(shù)根據(jù)所述指標(biāo)因子分別計(jì)算所述每個(gè)氣候模式對(duì)一種氣象要素模擬能力的第一指數(shù)評(píng)分和所述每個(gè)氣候模式對(duì)另一種氣象要素模擬能力的第二指數(shù)評(píng)分，所述至少兩種氣象要素包括所述一種氣象要素和所述另一種氣象要素；

51、第三計(jì)算單元，用于對(duì)所述每個(gè)氣候模式對(duì)應(yīng)的所述第一指數(shù)評(píng)分和所述第二指數(shù)評(píng)分之和取平均，得到所述每個(gè)氣候模式對(duì)應(yīng)的綜合指數(shù)評(píng)分；

52、選取單元，用于根據(jù)所述綜合指數(shù)評(píng)分從大到小的順序依次從所述各氣候模式中選取出預(yù)設(shè)數(shù)量的氣候模式；

53、處理單元，用于基于貝葉斯模型加權(quán)平均法對(duì)所述預(yù)設(shè)數(shù)量的氣候模式進(jìn)行加權(quán)集合平均，得到耦合氣候模式，所述耦合氣候模式用于對(duì)未來(lái)氣象要素的變化規(guī)律進(jìn)行模擬。

54、根據(jù)本公開(kāi)的第三方面，提供了一種電子設(shè)備，包括：

55、至少一個(gè)處理器；以及

56、與所述至少一個(gè)處理器通信連接的存儲(chǔ)器；其中，

57、所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有可被所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行，以使所述至少一個(gè)處理器能夠執(zhí)行前述第一方面所述的方法。

58、根據(jù)本公開(kāi)的第四方面，提供了一種存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令的非瞬時(shí)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中，所述計(jì)算機(jī)指令用于使所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行前述第一方面所述的方法。

59、根據(jù)本公開(kāi)的第五方面，提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序在被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如前述第一方面所述的方法。

60、本公開(kāi)提供的cmip6氣候模式綜合比選方法及系統(tǒng)，獲取cmip6氣候模式數(shù)據(jù)和目標(biāo)研究區(qū)域的氣象實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，所述cmip6氣候模式數(shù)據(jù)的空間范圍包括所述目標(biāo)研究區(qū)域；基于所述氣象實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算所述cmip6氣候模式數(shù)據(jù)中各氣候模式的第一指標(biāo)數(shù)據(jù)，得到所述各氣候模式中每個(gè)氣候模式對(duì)至少兩種氣象要素分別進(jìn)行模擬時(shí)的指標(biāo)因子，所述第一指標(biāo)數(shù)據(jù)的種類為歸一化標(biāo)準(zhǔn)差、空間相關(guān)系數(shù)、平均偏差以及年際標(biāo)準(zhǔn)差；基于預(yù)設(shè)基底函數(shù)根據(jù)所述指標(biāo)因子分別計(jì)算所述每個(gè)氣候模式對(duì)一種氣象要素模擬能力的第一指數(shù)評(píng)分和所述每個(gè)氣候模式對(duì)另一種氣象要素模擬能力的第二指數(shù)評(píng)分，所述至少兩種氣象要素包括所述一種氣象要素和所述另一種氣象要素；對(duì)所述每個(gè)氣候模式對(duì)應(yīng)的所述第一指數(shù)評(píng)分和所述第二指數(shù)評(píng)分之和取平均，得到所述每個(gè)氣候模式對(duì)應(yīng)的綜合指數(shù)評(píng)分；根據(jù)所述綜合指數(shù)評(píng)分從大到小的順序依次從所述各氣候模式中選取出預(yù)設(shè)數(shù)量的氣候模式；基于貝葉斯模型加權(quán)平均法對(duì)所述預(yù)設(shè)數(shù)量的氣候模式進(jìn)行加權(quán)集合平均，得到耦合氣候模式，所述耦合氣候模式用于對(duì)未來(lái)氣象要素的變化規(guī)律進(jìn)行模擬。與相關(guān)技術(shù)相比，通過(guò)所述氣象實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和所述cmip6氣候模式數(shù)據(jù)計(jì)算所述各氣候模式的第一指標(biāo)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述第一指標(biāo)數(shù)據(jù)分別計(jì)算所述每個(gè)氣候模式對(duì)一種氣象要素模擬能力的第一指數(shù)評(píng)分和所述每個(gè)氣候模式對(duì)另一種氣象要素模擬能力的第二指數(shù)評(píng)分，對(duì)所述每個(gè)氣候模式對(duì)應(yīng)的所述第一指數(shù)評(píng)分和所述第二指數(shù)評(píng)分之和取平均，得到所述每個(gè)氣候模式對(duì)應(yīng)的綜合指數(shù)評(píng)分；根據(jù)所述綜合指數(shù)評(píng)分從大到小的順序依次從所述各氣候模式中選取出預(yù)設(shè)數(shù)量的氣候模式，前述氣候模式的選取過(guò)程綜合考慮了所述各氣候要素對(duì)不同氣象要素進(jìn)行模擬時(shí)的模擬效果，從而使得選取出的氣候模式在對(duì)不同的氣象要素進(jìn)行模擬時(shí)均能取得較好的模擬效果，進(jìn)一步的，通過(guò)對(duì)選取出的氣候模式進(jìn)行加權(quán)集合平均，得到耦合氣候模式，實(shí)現(xiàn)了在使用所述耦合氣候模式對(duì)不同氣象要素進(jìn)行模擬時(shí)模擬效果的提升。