一种基于数据驱动与数值模拟的内陆地区TRP特征识别与评估方法、介质及程序产品

1.一种基于数据驱动与数值模拟的内陆地区TRP特征识别与评估方法，其特征在于，至少包括以下步骤：S100. 获取地面降水观测资料、热带气旋路径资料、再分析资料和/或数值预报数据，并依据目标内陆区域和目标时段对多源数据进行预处理；S200. 识别目标时段内对目标内陆区域具有潜在影响的台风个例，基于台风中心位置与内陆区域空间关系，建立台风-内陆降水的时空匹配记录；S300. 基于预设TRP识别规则对各台风过程下降水场进行样本筛选与标注，构建含TRP、非TRP及不同降水强度等级标签的内陆地区TRP样本库，并形成统一网格化样本数据集；S400. 从样本库中选取若干代表性内陆地区TRP个例和/或典型环流型，基于区域数值模式设置积分区域、初边值场及物理参数化方案，驱动模式进行数值积分，获得高分辨率数值模式模拟输出数据集；S500. 利用模式输出及再分析资料，对台风位置与强度演变、主要水汽输送通道及其通量散度、干冷空气侵入活动、季风水汽涌强度、中高纬槽脊配置进行物理诊断，构建与内陆TRP相关的物理特征场及特征指标集合；S600. 基于统一网格化样本数据及物理特征指标集合构造训练与验证样本集，利用预设数据驱动学习算法对训练样本进行模型训练、交叉验证与参数优化，得到用于内陆地区TRP特征识别与强度评估的目标识别模型；S700. 基于目标预报时次的数值预报场、再分析资料和/或实时观测数据，生成与训练阶段同构的输入特征集并将其输入目标识别模型，获得目标内陆区域TRP发生概率与预估降水强度等级。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S100中，所述地面降水观测资料包括目标内陆区域及其周边至少500公里范围内的气象站逐小时或逐日降水量数据；热带气旋路径资料至少包括台风编号、中心位置经纬度、中心气压、最大风速及移动方向的6小时间隔记录；再分析资料至少包括ERA5或NCEP再分析数据集中的温度场、位势高度场、风场、比湿场的三维格点数据，时间分辨率不低于6小时，垂直层次覆盖1000-100 hPa；数值预报数据为基于全球数值预报模式或区域数值模式的预报产品数据。 3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S100中还包括：对地面降水观测资料进行站点高度订正、缺测值填补及离群值剔除，并采用时间戳对齐方法将逐小时或逐日降水量观测数据与再分析资料及数值预报数据进行统一重采样；通过双线性插值或最近邻插值方法，将不同空间分辨率的多源数据统一至预设的规则经纬网格上，并对边缘格点采用缓冲扩展处理。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S200中，台风过程匹配与内陆区域筛选包括：基于热带气旋路径资料，设定台风生成区域、最小中心气压或最大风速，剔除热带低压、温带气旋以及对目标内陆区域影响极弱的个例；在时间维度上，以台风距离目标内陆区域最近时刻为中心，向前、向后分别扩展预设小时数构建匹配时间窗；在空间维度上，依据台风中心位置与目标内陆区域质心或边界之间的最小球面距离进行筛选，仅保留在预设距离范围内且匹配时间窗内内陆区域存在显著降水响应的台风过程。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S300中，TRP客观识别在实施时至少包括如下子步骤：S301. 采用连通域聚类方法将降水场划分为若干独立降水雨带单元，并根据台风中心位置及其最大风速半径所在区域内的高强度降水连通体识别出台风本体降水雨带，将本体雨带及其邻近格点从后续TRP判定中剔除；S302. 针对每一非本体降水雨带，计算雨带中各降水格点与台风中心之间的球面距离Dts，并根据台风当前强度确定对应的台风外围环流半径D 1 ，当Dts满足D 1 +ΔD≤Dts≤D 0 时，将该雨带标记为潜在TRP候选雨带，其中ΔD为预设安全带宽，D 0 为预设最大影响半径；S303. 在与台风时次对应的整层水汽输送通量场上，以台风中心为起点沿IVT矢量最大方向追踪主导水汽输送路径，在各路径点周围构建若干预设经纬度范围的联系区域，并在各联系区域内提取IVT大于预设强水汽输送判定阈值IVT 0 的格点集合，形成自台风中心向外延伸的强水汽输送带掩模；S304. 将潜在TRP候选雨带在统一网格上与强水汽输送带掩模进行空间叠加，仅当候选雨带整体位于台风中心以北象限、与强水汽输送带存在连续重叠且在候选雨带与台风本体雨带之间至少存在低降水或无降水格点作为空间间隔时，将候选雨带标记为满足TRP条件的远距离降水雨带，并据此将雨带包含的格点或站点标注为TRP样本，纳入内陆地区TRP样本库。 6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，步骤S300中，样本标注还包括：根据日降水量和过程累计降水量阈值对TRP事件进行强度分级标注，所述强度分级至少包括中到大雨级、暴雨级、大暴雨级及特大暴雨级，其中，中到大雨级的日降水量为10~50 mm，暴雨级的日降水量为50~100 mm，大暴雨级的日降水量为100~250 mm，特大暴雨级的日降水量不小于250mm；并在空间上对连续格点或临近站点中超过同一强度阈值的区域进行连通性聚类，将其视为同一TRP事件的空间单元，进一步在时间维度上对相邻时次事件实施过程合并，最终形成同时具有TRP属性和暴雨强度等级属性的样本标签体系。 7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S400中，采用多嵌套区域数值天气预报模式，其水平分辨率由外层到内层逐级加密，并在最内层区域覆盖目标内陆TRP落区及关键水汽输送通道；在初边值场设置时，通过引入台风涡旋结构初始化与重定位技术，对大尺度场中台风位置、强度和径向风场进行同化与修正；在物理参数化方案选择上，针对辐射、深浅对流、云微物理和行星边界层过程采用适用于强降水模拟的方案组合，并在积分过程中输出高时间分辨率的三维动力、热力与水汽诊断变量。 8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，步骤S400中还包括模式结果物理一致性检验：将数值模拟的台风路径、中心气压演变、最大风速以及TRP落区与对应时次的热带气旋路径资料、再分析资料和/或降水观测进行对比，计算位置偏差、强度偏差和/或降水分布偏差；当误差指标超过预设阈值时，对模式参数化方案或初始场进行调整并重新积分，直至模拟的台风结构、水汽输送形态以及TRP空间分布与观测达到预设一致性。 9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S500中，物理特征诊断与特征指标构建在实施时至少包括如下子步骤：S501. 基于模式输出及对应时次的再分析资料，计算目标内陆TRP落区及其上游区域的整层水汽通量和水汽通量散度，将通量散度分解为风场辐合项与湿度平流项；并沿台风中心至TRP落区的主导水汽输送路径构建路径剖面，提取路径积分IVT强度、路径长度、最大IVT及其出现位置；S502. 在TRP落区及其附近构建固定或随时间更新的评估区域，对评估区域内的水汽通量进行面积积分与边界线积分，分别计算各侧边界的水汽输入与输出通量，以及区域内整层水汽含量变化率，并结合观测或模式模拟的降水通量求取水汽收支平衡关系，由此构建净水汽输入通量、降水效率、垂直积分湿层厚度指标；S503. 在TRP上游中高纬干冷空气源区及侵入通道内，基于温度、比湿、位势涡度和垂直速度场，识别高位势涡度、低比湿、下沉运动显著的干侵入气团，通过沿等压面或等熵面对干侵入信号进行垂直积分与时间积分，构建等压整层干侵入指数和/或等熵整层干侵入指数，并提取干侵入指数在TRP暴雨发生前后一定时间窗内的最大值、时滞及空间重叠面积特征；S504. 在台风南侧或西南侧季风水汽输送区，依据台风中心经纬度、7级风圈半径及中心气压动态定义季风水汽涌评估区域，并在评估区域内对比湿加权的经向风场进行垂直积分，构建动态季风水汽涌指数，并提取该指数在TRP形成前后的增幅、峰值及持续时间。 10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S500中，还包括对TRP事件水汽输送形态进行类型划分：通过计算台风中心、目标内陆TRP落区质心以及主导水汽输送路径的几何关系和方位角分布，将TRP事件的水汽输送形态划分为以台风西北侧块状水汽汇聚为特征的J型输送型和以长距离S形水汽输送带为特征的S型输送型，分别统计不同输送型下整层水汽通量散度、干侵入指数、动态季风水汽涌指数及降水效率的典型取值与组合特征，并将输送型类别标签及多源诊断指标一并构成物理特征指标集合。 11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S600中，数据驱动学习算法包括集成树模型、梯度提升决策树模型和/或深度神经网络模型，并进一步包括：对TRP与非TRP样本、不同暴雨强度等级样本进行类别不平衡处理，采用样本重采样、类别权重调整或合成少数类过采样方法提升少数类样本在训练中的权重；采用按年份或台风个例划分的K折交叉验证策略对模型进行稳定性检验，综合考虑准确率、召回率、F1分数及受试者工作特征曲线下面积等评价指标选择最优模型结构与超参数组；并通过特征重要性排序或敏感性分析识别对TRP特征识别与强度评估贡献最大的物理特征。 12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S700中，暴雨风险评估与结果输出包括：对目标识别模型输出的TRP发生概率进行概率校准，采用可靠性曲线、Brier分数指标评价并修正概率预报的一致性；依据发生概率区间与预估降水强度等级构建二维风险分级矩阵，将风险等级划分为低风险、中等风险、高风险和极高风险等级，并对空间上相邻高风险格点进行连通性分析，生成连续的高风险区域斑块；在结果输出时，除提供空间风险分级图外，还输出对应TRP事件的关键物理特征诊断场和类型信息。 13.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机指令，用于执行权利要求1~12任一项所述方法的步骤。 14.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现权利要求1~12任一项所述方法的步骤。