一种海浪预警报质量评估方法及装置

技术领域

本发明涉及海洋预报检验技术领域，不涉及海浪数值预报，尤指一种海浪预警报质量评估方法及装置。

背景技术

我国的海浪预报始于1966年，海浪警报始于2007年。2006年实施了全国统一的海浪预报和警报发布标准(GB/T 19721.2-2005)。2017年在对海浪警报等级划分、预警报内容、发布格式、发布方式等做了改进、充实后，实施发布了新的标准(GB/T 19721.2-2017)。

海浪预报与警报质量，密切关系到我国的海洋防灾减灾与人民生命财产，所以对发布的预报与警报进行质量评价是海洋预报服务工作中的一个重要环节，同样也是管理部门对各级海洋预报机构的资质评价、预报人员的分类定级等方面的重要标准。

国标GB/T 19721.2-2017主要规范了发布频次、格式、时效、内容等，在波高值及波向的发布方式上没有明确的规定，目前我国各级海洋预报机构发布的海浪预报中有波高和/或波向，海浪警报中有警报级别和波高。其中，波高、波向和警报级别的预报类型如表1所示；在发布波高、波向、警报等级的趋势变化方面差别较大，有些不预报趋势变化，有些预报趋势变化但不预报趋势变化时间段，如表2所示。

由于海洋上波浪观测资料较少，早期的海浪预警报质量评估主要方法是依据每天08、14、20时三张海浪实况分析图来评估，由于各家海洋预报机构获取的实况资料不同，分析的实况图偏差较大，所以预报质量属于主观评价，没有科学统一的评估方法和规范的评估流程，缺乏客观性、科学性与公正性。

2010年开始，中国近海布放的海洋浮标逐渐增多，至2020年我国近海大型海洋浮标近50个，沿岸主要岸段都布放了小型浮标，几乎覆盖了125度以西大部分预报海域，应用实况观测资料对发布的海浪预警报质量进行检验评估有了基础。为了提高海洋预报服务技术水平，有必要应用实况观测资料，对发布的预警报进行定量评估。

表1波高、波向、警报级别预报类型

表2海浪预警报趋势变化类型

在定量评估过程中，如何解决实况观测点是海洋上一个点与预报海区是一个区域，以及当海浪预报存在趋势变化时，该如何科学和客观地去评估是一个值得解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种海浪预警报质量评估方法及装置，用于解决现有技术中海浪预警报存在趋势变化时的定量评估问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种海浪预警报质量评估方法，包括：获取海浪预警报的检验评估要素，所述检验评估要素包括波高、波向、警报级别中的一种或多种；获取所述检验评估要素的待检测的预警报数据，以及所述预警报数据的预报时效内的实况观测数据；若所述预警报数据存在趋势变化，则将所述预警报数据的预报时效分成变化时间段和非变化时间段，确定所述预报时效的变化时间段及所述变化时间段的评估信息，根据所述变化时间段确定所述非变化时间段及所述非变化时间段的评估信息；根据所述实况观测数据获取所述预报时效的每个时间段的观测信息；根据每个时间段的评估信息和观测信息对所述时间段的预报质量进行评估。

本发明还提供一种海浪预警报质量评估装置，包括：信息获取模块，用于获取海浪预警报的检验评估要素，所述检验评估要素包括波高、波向、警报级别中的一种或多种；获取所述检验评估要素的待检测的预警报数据，以及所述预警报数据的预报时效内的实况观测数据；评估信息确定模块，用于若所述预警报数据存在趋势变化，则将所述预警报数据的预报时效分成变化时间段和非变化时间段，确定所述预报时效的变化时间段及所述变化时间段的评估信息，根据所述变化时间段确定所述非变化时间段及所述非变化时间段的评估信息；预报质量评估模块，用于根据所述实况观测数据获取所述预报时效的每个时间段的观测信息；根据每个时间段的评估信息和观测信息对所述时间段的预报质量进行评估。

通过本发明提供的一种海浪预警报质量评估方法及装置，至少能够带来以下有益效果：

1、本发明通过确定变化时间段及其评估信息，将每个时间段的评估信息与观测信息相结合进行预报质量评估，不仅解决了海浪预警报中存在趋势变化的评估难题，还提高了评估的客观性、科学性和公正性。

2、本发明通过判断气旋在预报时间段是否进入预报海区以及距离观测点远近，解决了气旋影响时存在的点与面的难题。

3、本发明提高了海浪的预警报产品质量，同时也促进预报员提高预报水平，进一步提高各级预报机构防灾减灾应急服务能力。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种海浪预警报质量评估方法及装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明的海浪预警报质量评估方法的一个实施例的流程图；

图2是图1中步骤S500用于波高质量评估的一个实施例的流程图；

图3是图1中步骤S500用于波向质量评估的一个实施例的流程图；

图4是图1中步骤S500用于警报级别质量评估的一个实施例的流程图；

图5是本发明的海浪预警报质量评估装置的一个实施例的结构示意图；

图6是图5中单时段评估单元用于波高质量评估的一个实施例的结构示意图；

图7是图5中单时段评估单元用于波向质量评估的一个实施例的结构示意图；

图8是图5中单时段评估单元用于警报级别质量评估的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘制了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

本发明的一个实施例，如图1所示，一种海浪预警报质量评估方法，包括：

步骤S100获取海浪预警报的检验评估要素。

海浪预警报的检验评估要素包括波高、波向、警报级别中的一种或多种，其中波高为有效波高，波向为主要波向。若检验评估要素有多种，则分别对每种要素的预报质量进行评估。比如，海浪预报中检验评估要素可为波高和波向，海浪警报中检验评估要素可为警报级别和波高。

由于海浪警报的波高预报质量评估与海浪预报的波高预报质量评估方法完全一样，所以后续仅从海浪预报的波高、波向、海浪警报的警报级别举例说明，海浪警报的波高预报质量评估可参考海浪预报的波高预报质量评估示例。

步骤S200获取检验评估要素的待检测的预警报数据，以及该预警报数据的预报时效内的实况观测数据。

获取预警报海域内的海浪预警报数据和海浪实况观测数据(来自海上实况观察点测量的数据)，从中获取检验评估要素的预警报数据和对应的实况观测数据。

比如，检验评估海浪预报的波高和波向，则从发布的海浪预报中分别获取波高预报和波向预报。若检验评估海浪警报的警报级别和波高，则从发布的海浪警报中分别获取警报等级和波高预报。

预报时效是指预报有效的时间段，一般从预报发布的时间开始，持续预报有效时间的时间段。由于海浪警报一般会提前发布，所以从海浪警报中获取的检验评估要素的预警报数据的预报时效是从警报发布时间延后预设时间开始，持续预报有效时间的时间段。由于是否延后预设时间，只影响预报时效的具体数值，不影响本发明的逻辑，为了简化，后面描述都基于不考虑警报的提前发布。

比如，以评估波高为例，08时发布的某海浪预报波高2.0-3.0米，其为待检测的预警报数据，以预报有效时间24小时为例，其预报时效为(09时～第二天08时)。在预报时效内的波高观测数据为该预警报数据对应的实况观测数据。

步骤S300判断预警报数据是否存在趋势变化。

具体地，海浪预警报形式有：

第一种预报形式：无趋势变化，如海浪预报NE2.0-3.0(即波向NE，波高2.0-3.0米)，海浪警报蓝色2.5-3.0(即警报等级为蓝色，波高为2.5-3.0米)。

第二种预报形式：有趋势变化，且有明确的变化时段。比如：海浪预报NE2.0-3.0下午SE 3.0-4.0(波高2.0-3.0米下午变化到3.0-4.0米，波向NE下午变化到SE)；海浪警报蓝色2.5-3.0下午黄色3.5-4.0(即警报等级从蓝色下午变化到黄色，波高从2.5-3.0米下午变化到3.5-4.0米)；其中包括一次变化趋势，变化时段为下午。

第三种预报形式：有趋势变化，没有变化时段。比如海浪预报NE2.0-3.0→SE 3.0-4.0(波高2.0-3.0米变化到3.0-4.0米，波向NE变化到SE)，海浪警报蓝色2.5-3.0→黄色3.5-4.0(即警报等级从蓝色变化到黄色，波高从2.5-3.0米变化到3.5-4.0米)；其中包括一次变化趋势，没有变化时段。

步骤S310若预警报数据不存在趋势变化，则预警报数据的预报时效对应一个时间段，根据预警报数据确定该时间段的评估信息。

针对不存在趋势变化的预警报数据(即第一种预报形式)，其整个预报时效对应一个时间段。比如，以08时发布的某海区的海浪预报NE2.0-3.0米为例，波高的预警报数据为2.0-3.0，波向的预警报数据为NE，预报时效为(09时～第二天08时)，整个预报时效对应一个时间段。

评估信息是从预警报数据中得到的用于检验评估的信息。对于区间数值类型的预警报数据，采用其平均值作为对应的评估信息。比如，波高的预警报数据为2.0-3.0米，对应的评估信息为2.5米(又称为评估波高)。对于单一数值类型的预警报数据，其评估信息等于预警报数据。

波向的预警报数据NE，评估信息(又称为评估波向)为NE。对于符号类型的预警报数据，在实际应用中需将其转换为对应的数值作为评估信息。但为了描述方便，本申请继续用符号表示评估信息。比如，波向在预报中用方位表示，不同的方位对应不同的角度，在实际应用中需根据下述波向换算表，将预报波向(方位)换算成对应的评估波向(度)。

表3预报波向(方位)与评估波向(度)换算表

警报等级也存在类似情况，在实际应用中需转换为对应的数字级别。为了描述方便，本申请继续用文字表示评估信息。

又比如，以08时发布的某海区的海浪警报蓝色2.5-3.0米为例，警报级别的预警报数据为蓝色，警报级别的评估信息等于其预警报数据；不考虑提前发布，则预报时效(又称为警报时效)为(09时～第二天08时)。

步骤S320若预警报数据存在趋势变化，则将预警报数据的预报时效分成变化时间段和非变化时间段，确定预报时效的变化时间段及变化时间段的评估信息。

步骤S321根据预报时效的变化时间段确定预报时效的非变化时间段及非变化时间段的评估信息。

具体地，若预警报数据存在趋势变化，则预报时效至少分成两个时间段，每个时间段属于变化时间段或非变化时间段。

时间段的最小单位为预报时段。现有海洋预报时段如表4所示，理论上可以调整，本申请对此不做限制。

表4预报时段及其对应的时间范围

相对前一时间段，评估信息发生了变化的时间段称为变化时间段，评估信息没有发生变化的时间段称为非变化时间段，非变化时间段继承前一时间段的评估信息。若预警报数据存在N次趋势变化，则对应的预报时效存在N个变化时间段。

当所有变化时间段确定后，预报时效内剩下的时间段为非变化时间段。第一时间段为非变化时间段，其评估信息从预警报数据中获取。其他非变化时间段的评估信息，根据非变化时间段继承前一时间段的评估信息的原则确定。所以在对存在趋势变化的预警报数据的预报质量评估中，关键是先确定预报时效的变化时间段及变化时间段的评估信息。

若预警报数据存在趋势变化，且包含变化时段(即预警报数据采用第二种预报形式)，则根据预警报数据的变化时段确定预报时效的变化时间段，根据预警报数据的趋势变化(即预警报数据中变化时段的评估信息)确定变化时间段的评估信息。

比如，以08时发布的海浪预报的波高预报2.0-3.0下午3.0-4.0为例，预报时效为(09时～第二天08时)，变化时段为下午(14:00～17:00)。所以预报时效分成了三段，分别是第一时间段(09:00～13:00，非变化时间段)、第二时间段(14:00～17:00，变化时间段)和第三时间段(18:00～第二天08时，非变化时间段)。第一时间段的评估信息为2.5(即对预报波高2.0-3.0求平均)；第二时间段为变化时间段，取预警报数据中变化时段的评估信息作为该变化时间段的评估信息，即评估波高3.5；第三时间段为非变化时间段，继承前一时间段的评估信息，即评估波高3.5。

又比如，以08时发布的波高预报2.0-3.0上半夜3.0-4.0下半夜4.0-5.0为例，预报时效为(09时～第二天08时)，存在两个变化时段，分别为上半夜(20:00～23:00)和下半夜(第二天02:00～05:00)，所以预报时效分成了五段，分别是第一时间段(09:00～19:00，非变化时间段)、第二时间段(20:00～23:00，第一变化时间段)、第三时间段(半夜23:00～02:00，非变化时间段)、第四时间段(02:00～05，第二变化时间段)和第五时间段(06:00～08，非变化时间段)。第一变化时间段的评估信息为3.5(第一个趋势变化)，第二变化时间段的评估信息为4.5(第二个趋势变化)。所以第一时间段～第五时间段的评估信息分别为评估波高2.5、3.5、3.5、4.5和4.5。

又比如，以08时发布的海浪预报的波向预报“E下午SE”为例，预报时效为(09时～第二天08时)，存在一个变化时段，其变化时段为下午(14:00～17:00)。其预报时效分成了三段，分别是第一时间段(09:00～13:00，非变化时间段)、第二时间段(14:00～17:00，变化时间段)和第三时间段(18:00～第二天08时，非变化时间段)。第一时间段～第三时间段的评估波向分别为：E、SE、SE。

又比如，以08时发布的海浪警报的警报级别“蓝色下午黄色”为例，预报时效为(09时～第二天08时)，该预报存在一个变化时段，其变化时段为下午(14:00～17:00)。其预报时效分成了三段，分别是第一时间段(09:00～13:00，非变化时间段)、第二时间段(14:00～17:00，变化时间段)和第三时间段(18:00～第二天08时，非变化时间段)。第一时间段～第三时间段的评估波向分别为：蓝色、黄色、黄色。

若预警报数据存在趋势变化，且不包含变化时段(即预警报数据采用第三种预报形式)，则根据实况观测数据确定预报时效的变化时间段，根据预警报数据的趋势变化确定变化时间段的评估信息。

从预报时效的第二个预报时段开始搜索实况观测数据；若在搜索过程中获得达到该趋势变化的观测信息，则将最先达到的观测信息的观测时间点所在的预报时段作为预报时效的变化时间段，该趋势变化对应的评估信息作为变化时间段的评估信息。

比如，以08时发布的海浪预报的波高预报2.0-3.0→3.0-4.0为例，该预报采用第三种预报形式，预报时效为(09时～第二天08时)。从预报时效的第二个预报时段(本例的第一个预报时段为上午，第二个预报时段为中午，从中午11时)开始搜索实况观测数据，假设测得15时波高增大到3.5米，即达到趋势变化，则15时为最先达到的观测信息的观测时间点，取15时所在的预报时段(即下午，14:00～17:00)作为预报时效的变化时间段。该趋势变化对应的评估信息(评估波高3.5)作为该变化时间段的评估信息。

所以预报时效分成了三段，分别是第一时间段(09:00～13:00，非变化时间段)、第二时间段(14:00～17:00，变化时间段)和第三时间段(18:00～第二天08时，非变化时间段)。第一时间段～第三时间段的评估信息分别为评估波高2.5、3.5、3.5。

又比如，以08时发布的海浪预报的波向预报“E→SE”为例，采用第三种预报形式，预报时效为(09时～第二天08时)。从预报时效的第二个预报时段(中午11时)开始搜索实况观测数据，假设测得15时波向为SE，即达到趋势变化，则15时为最先达到的观测信息的观测时间点，取15时所在的预报时段(即下午，14:00～17:00)作为预报时效的变化时间段。该趋势变化(SE)作为该变化时间段的评估信息。

所以其预报时效分成了三段，分别是第一时间段(09:00～13:00，非变化时间段)、第二时间段(14:00～17:00，变化时间段)和第三时间段(18:00～第二天08时，非变化时间段)。第一时间段～第三时间段的评估波向分别为：E、SE、SE。

又比如，以08时发布的海浪警报的警报级别“蓝色→黄色”为例，预报时效为(09时～第二天08时)，从预报时效的第二个预报时段(中午11时)开始搜索实况观测数据，假设测得15时的波高最大值对应的观测等级达到趋势变化(即黄色级别)，则15时为最先达到的观测信息的观测时间点，取15时所在的预报时段(即下午，14:00～17:00)作为预报时效的变化时间段。该趋势变化(黄色)作为该变化时间段的评估信息。

所以其预报时效分成了三段，分别是第一时间段(09:00～13:00，非变化时间段)、第二时间段(14:00～17:00，变化时间段)和第三时间段(18:00～第二天08时，非变化时间段)。第一时间段～第三时间段的警报等级分别为：蓝色、黄色、黄色。

进一步，若最先达到的观测信息的观测时间点处在多个预报时段，则取先达到的预报时段作为预报时效的变化时间段。

比如，以08时发布的海浪预报的波高预报2.0-3.0→3.0-4.0为例，假设在搜索实况观测数据中，测得14时波高增大到3.5米，则14时为最先达到趋势变化的观测信息的观测时间点。14时处于两个预报时段(中午11:00～14:00和下午14:00～17:00)，则取先达到的预报时段作为预报时效的变化时间段，即中午作为预报时效的变化时间段。该趋势变化作为变化时间段的评估信息。

所以预报时效分成了三段，分别是第一时间段(09:00～10:00，非变化时间段)、第二时间段(11:00～14:00，变化时间段)和第三时间段(15:00～第二天08时，非变化时间段)。第一时间段～第三时间段的评估信息分别为评估波高2.5、3.5、3.5。

又比如，以08时发布的海浪预报的波向预报“E→SE”为例，假设在搜索实况观测数据中，测得14时波向为SE，即达到趋势变化，则14时为最先达到的观测信息的观测时间点。14时处于两个预报时段(中午11:00～14:00和下午14:00～17:00)，则取先达到的预报时段作为预报时效的变化时间段，即中午作为预报时效的变化时间段。该趋势变化作为该变化时间段的评估信息。

其预报时效分成了三段，分别是第一时间段(09:00～10:00，非变化时间段)、第二时间段(11:00～14:00，变化时间段)和第三时间段(15:00～第二天08时，非变化时间段)。第一时间段～第三时间段的评估波向分别为：E、SE、SE。

又比如，以08时发布的海浪警报的警报级别“蓝色→黄色”为例，预报时效为(09时～第二天08时)，从预报时效的第二个预报时段(中午11时)开始搜索实况观测数据，假设测得14时的波高最大值对应的观测等级达到趋势变化(即黄色级别)，则14时为最先达到的观测信息的观测时间点。14时处于两个预报时段(中午11:00～14:00和下午14:00～17:00)，则取先达到的预报时段作为预报时效的变化时间段，即中午作为预报时效的变化时间段。该趋势变化(黄色)作为该变化时间段的评估信息。

所以其预报时效分成了三段，分别是第一时间段(09:00～10:00，非变化时间段)、第二时间段(11:00～14:00，变化时间段)和第三时间段(15:00～第二天08时，非变化时间段)。第一时间段～第三时间段的警报等级分别为：蓝色、黄色、黄色。

可选地，若未获得达到该趋势变化的观测信息时，则按第一预设规则设置预报时效的变化时间段，该趋势变化对应的评估信息作为变化时间段的评估信息。

比如，以08时发布的海浪预报的波高预报2.0-3.0→3.0-4.0为例，预报时效为(09时～第二天08时)。假设在搜索实况观测数据中未搜索到达到该趋势变化(3.5)的观测信息时，则将最后二个时段(一种预设规则，也可以为其他规则，此处仅是示例)设为预报时效的变化时间段。预报时效的最后两个预报时段分别为下半夜02:00～05:00和早晨05:00～08:00，这两个预报时段构成的时间段(02:00～第二天08:00)为变化时间段，该趋势变化(评估波高3.5)作为变化时间段的评估信息。

所以预报时效分成了两段，分别是第一时间段(09:00～第二天01:00，非变化时间段)、第二时间段(02:00～08:00，变化时间段)。第一时间段～第二时间段的评估信息分别为评估波高2.5、3.5。

又比如，以08时发布的海浪预报的波向预报“E→SE”为例，假设在搜索实况观测数据中未搜索到达到该趋势变化(SE)的观测信息时，则将最后二个时段设为预报时效的变化时间段。预报时效的最后两个预报时段分别为下半夜02:00～05:00和早晨05:00～08:00，这两个预报时段构成的时间段(02:00～第二天08:00)为变化时间段，该趋势变化(波向SE)作为变化时间段的评估信息。

其预报时效分成了两段，分别是第一时间段(09:00～第二天01:00，非变化时间段)、第二时间段(02:00～08:00，变化时间段)。第一时间段～第二时间段的评估信息分别为E、SE。

又比如，以08时发布的海浪警报的警报级别“蓝色→黄色”为例，预报时效为(09时～第二天08时)。假设在搜索实况观测数据中未搜索到达到该趋势变化(SE)的观测信息时，则将最后二个时段设为预报时效的变化时间段。预报时效的最后两个预报时段分别为下半夜02:00～05:00和早晨05:00～08:00，这两个预报时段构成的时间段(02:00～第二天08:00)为变化时间段，该趋势变化(黄色)作为变化时间段的评估信息。该趋势变化(黄色)作为该变化时间段的评估信息。

所以其预报时效分成了二段，分别是第一时间段(09:00～第二天01:00，非变化时间段)、第二时间段(02:00～08:00，变化时间段)。第一时间段～第二时间段的评估信息：蓝色、黄色。

通过上述方式，借助实况观测数据，我们能很好地确定第三种预报形式的变化时间段及变化时间段的评估信息。

步骤S400根据实况观测数据获取预报时效的每个时间段的观测信息。

若检验评估要素为波高或波向，且在同一时次存在多个实况观测值，则选取同一时次中波高最高值或主要波向值参与检验评估。

若检验评估要素为波高或波向，且时间段内有多个时次的观测值，可根据多个时次的观测值得到该时间段的观测信息，比如对于波高可取最高值，对于波向可选取波高最高值时刻的波向或出现频次高的波向；也可将多个时次的观测值及其对应的时次作为该时间段的观测信息。

若检验评估要素为警报级别，则从该时间段的实况观测数据中获取其中的观测波高最大值，根据观测波高最大值得到对应的观测等级，将该观测等级作为该时间段的观测信息。

海浪警报发布警报等级，分近岸和近海两类情况。根据表5，将观测波高最大值转换为观测等级。

表5波高与等级转换表

步骤S500根据每个时间段的评估信息和观测信息对对应时间段的预报质量进行评估。

可选地，若一个时间段的观测信息存在多个时次的观测值，则根据该时间段的评估信息和每个时次的观测值对对应时间段的预报质量分别进行评估，得到对应的多个评估结果；再根据得到的多个评估结果，得到本时间段的预报质量的评估。可选地，若每个评估结果包括评估得分、预报值与实测值的相对误差，则可以取多个评估结果中的最高评估得分作为最终的评估得分，取多个评估结果中的最小的相对误差作为最终的相对误差。

对于波高或波向的评估，一个时间段的观测信息可能存在多个时次的观测值。对于警报级别的评估，一个时间段的观测信息只有一个观测值,即该时间段的观测等级；根据该时间段的警报等级和观测等级对对应时间段的预报质量进行评估。

若检验评估要素为波高，则根据每个时间段的评估信息和观测信息计算对应时间段的波高预报质量评估指标。若检验评估要素为波向，则根据每个时间段的评估信息和观测信息计算对应时间段的波向预报质量评估指标。波高/波向预报质量评估指标包括预报值与实测值的相对误差和绝对误差，以及评估得分中的至少一种。

步骤S600若在预报时效内出现气旋，则根据实况气旋中心在该时间段与预报海域的距离以及与实况观测点的距离，判断该时间段的预报质量评估是否有效。

具体地，气旋包括热带气旋和温带气旋。

由于海上实况观测站点与预报范围相比密度少，而预报海区相对较大，实况观测点数据理论上不能代表预报海区的实况，尤其在气旋影响某一海区时，气旋中心距离实况观测点与预报海区的距离远近对波高的影响较大，此时用观测点数据代表预报海区明显失去客观性与公正性。

对2013年至2014年12个热带气旋和10个温带气旋影响东海南部时钓鱼岛附近海域、温州外海4个海洋浮标风浪进行了详细分析对比，结论表明在热带气旋和温带气旋影响某一海区时，应用海域内的某一点来代表预报区域将会失去评估的科学性与客观性。

故在气旋影响预报海域时应根据气旋的中心强度和气旋的移动速度及路径变化趋势判断实况气旋中心是否在评估时间段进入该海域，若进入，则前述评估数据有效；若未进入，则前述评估数据无效。

进一步，可根据以下方式判断评估是否有效：

a)若预报时效内出现气旋，且在该时间段气旋的7级风圈外缘距离预报海域边缘大于第一预设距离，比如250km，则该时间段的预报质量评估有效。

说明气旋距离观测点较远，对观测点这片海区没有影响，观测点的记录数据可以代表这片海区的，所以评估结果有效。

b)若预报时效内出现气旋，且在该时间段气旋的7级风圈外缘距离预报海域边缘不大于第一预设距离，比如250km，且距离实况观测点不大于第二预设距离，比如40km，则该时间段的预报质量评估有效。

说明气旋距离观测点较近，观测点这片海区处于气旋影响最严重阶段，观测点的记录数据可以代表这片海区的，所以评估结果有效。

c)若预报时效内出现气旋，且在该时间段气旋的7级风圈外缘距离预报海域边缘不大于第一预设距离，比如250km，但距离实况观测点大于第二预设距离，比如40km，则该时间段的预报质量评估有效。

说明气旋距离观测点介于一个过渡阶段，有影响，但是影响不大，此时在观测点至气旋中心点的直线上，各点的波高差距较大，用观测点的记录数据不能代表这片海区的，所以评估结果无效。

进一步，在热带气旋影响时，在应用上述评判原则时，还可根据我国中央气象台发布的距离预报时刻最近一期的关于热带气旋的移动速度及路径变化的趋势决定某一预报海域评估是否有效。

本实施例，通过确定变化时间段及其评估信息，将每个时间段的评估信息与观测信息相结合进行预警报质量评估，不仅解决了海浪预警报中存在趋势变化的评估难题，还提高了评估的客观性、科学性和公正性；通过判断气旋在预报时间段是否进入预报海区，解决了气旋对预警报质量评估的影响。

本发明的另一个实施例，如图1、图2所示，一种海浪预警报质量评估方法，用于海浪预报或海浪警报的波高预报质量评估，包括：

在图1所示实施例基础上，步骤S500根据一个时间段的评估信息和观测信息对该时间段的波高预警报质量进行评估，具体包括：

该评估信息为评估波高，该观测信息为观测波高。

步骤S510若评估波高不大于第一预设波高，且观测波高不大于第一预设波高时，则预报准确；否则，执行步骤S520。

由于预报警示特性，不可能预报最小波高，为了避免预报波高小时评估误差较大，设置预报波高下限，即第一预设波高，比如0.7米。若预报波高0.7时，观测波高在0.7米以下时，判断误差为0，认为预报准确。

步骤S520根据观测波高和评估波高得到波高绝对误差，根据波高绝对误差计算该时间段的波高预报的评估得分。

根据以下公式计算波高绝对误差DH：

DH＝|FH-MH|

其中，FH为评估波高，单位米；MH为观测波高，单位米。

根据以下公式计算预报波高得100分时与实测波高值的最大差值，记为第一最大差值d：

d＝max{0.125×MH，0.3}；

其中，MH为观测波高，单位米。

根据波高绝对误差按一定的规则计算波高预报的评估得分，比如：

a)波高绝对误差不大于d时为100分；

b)波高绝对误差大于d时，每相差0.1米扣5分，直至0分；

单个海域波高得分为该海域所有时次的累加平均，单份预报单的波高得分为所有预报海域的波高得分的累加平均。

步骤S530根据观测波高与评估波高计算波高相对误差。

按以下公式计算波高相对误差R

其中，MH为观测波高，FH为评估波高。

单个海域波高的相对误差为该海域所有时次的累加平均，单份预报单的波高相对误差为所有预报海域的波高相对误差的累加平均。将波高预报的评估得分和波高相对误差作为该时间段的波高预报质量评估指标。

本实施例，根据评估波高和观测波高计算波高预报质量评估指标，更客观、全面、科学地对波高预报进行评估。

本发明的另一个实施例，如图1、图3所示，一种海浪预警报质量评估方法，用于海浪预报的波向预报质量评估，包括：

在图1所示实施例基础上，步骤S500根据一个时间段的评估信息和观测信息对该时间段的波向预报质量进行评估，具体包括：

该评估信息为评估波向，该观测信息为观测波向。

步骤S521根据观测波向与评估波向得到波向绝对误差，根据波向绝对误差计算波向预报的评估得分。

根据以下公式计算波向绝对误差X

X

其中，FW为评估波向，单位度(°)；MW为观测波向，单位度(°)。

根据波向绝对误差按一定的规则计算波向预报的评估得分，比如：

a)波向绝对误差不大于1.5个方位为满分100分；

b)误差大于1.5个方位且不大于2个方位，每偏差1°扣1分；

c)误差大于2个方位，每偏差1°扣5分，直至0分；

单个海域波向得分为该海域所有时次的累加平均，单份预报单的波向得分为所有预报海域的波向得分的累加平均。

步骤S531根据观测波向与评估波向计算波向相对误差。

按以下公式计算波向相对误差R

其中，MW为观测波向，单位度；FW为评估波向，单位度。

单份预报单的波向相对误差为所有预报海域的波向相对误差的累加平均。

将波向预报的评估得分和波向相对误差作为该时间段的波向预报质量评估指标。

本实施例，通过计算波向预报质量评估指标，更客观、全面、科学地对波向预报进行评估。

本发明的一个实施例，如图4所示，一种海浪预警报质量评估方法，用于海浪警报的警报级别的预报质量评估，包括：

在图1所示实施例基础上，步骤S500根据一个时间段的评估信息和观测信息对该时间段的警报级别的预报质量进行评估，具体包括：

该评估信息为警报等级，该观测信息为观测等级。步骤S532根据警报等级和观测等级得到警报等级绝对误差，根据警报等级绝对误差计算该时间段的警报等级预报的评估得分。

根据以下公式，计算警报等级绝对误差DL：

DL＝|FL-ML|

其中，FL为警报等级，无量纲；ML为观测等级，无量纲。

根据警报等级绝对误差按一定的规则计算警报等级预报的评估得分，比如：警报等级绝对误差为0，评估结果为100分；警报等级绝对误差为1，评估结果为80分；警报等级绝对误差为2，评估结果为60分；警报等级绝对误差大于2，评估结果为40分。

单份警报单的海浪警报等级评估得分为所有警报海域的海浪警报等级评估得分的累加平均。

步骤S532根据观测等级和警报等级得到该时间段的警报等级准确率。

警报等级准确率又分为预报正确、漏报和空报。若警报等级等于观测等级，则预报正确。若警报等级大于观测等级，则空报。若警报等级小于观测等级，则漏报。

警报等级预报的评估得分、警报等级准确率构成警报等级的质量评估指标。

根据警报海域在规定时效内的所有海浪警报的警报等级准确率，得到警报海域的统计结果，该统计结果包括海浪警报准确率、空报率和漏报率。

根据以下公式统计海浪警报准确率CS、空报率FAR和漏报率PO：

其中，NA为规定时效内警报等级的预报正确次数；NB为规定时效内警报等级的空报次数；NC为规定时效内警报等级的漏报次数。

单份警报单的警报准确率、空报率和漏报率为所有警报海域对应项的累加平均。

本实施例，通过计算海浪警报等级的质量评估指标和统计警报准确率、空报率和漏报率，更客观、全面、科学地对海浪警报的警报等级进行评估。

本发明的一个实施例，如图5所示，一种海浪预警报质量评估装置，包括：

信息获取模块100，用于获取海浪预警报的检验评估要素；获取检验评估要素的待检测的预警报数据，以及该预警报数据的预报时效内的实况观测数据。

海浪预警报的检验评估要素包括波高、波向、警报级别中的一种或多种，其中波高为有效波高，波向为主要波向。若检验评估要素有多种，则分别对每种要素的预报质量进行评估。

获取预警报海域内的海浪预警报数据和实况观测数据，从中获取检验评估要素的预警报数据和对应的实况观测数据。预报时效是指预报有效的时间段。

预报形式判断模块200，用于判断预警报数据是否存在趋势变化。

具体地，海浪预报存在多种预报形式，主要有：第一种预报形式：无趋势变化。第二种预报形式：有趋势变化，且有明确的变化时段。第三种预报形式：有趋势变化，没有变化时段。

评估信息确定模块300，用于若预警报数据不存在趋势变化，则预警报数据的预报时效对应一个时间段，根据预警报数据确定该时间段的评估信息。

针对第一种预报形式，其整个预报时效对应一个时间段。评估信息是从预警报数据中得到的用于检验评估的信息。对于区间数值类型的预警报数据，采用其平均值作为对应的评估信息。对于单一数值类型的预警报数据，其评估信息等于预警报数据。对于符号类型的预警报数据，在实际应用中需将其转换为对应的数值作为评估信息。比如，波向数据需要从方位转换成度。警报等级也存在类似情况，在实际应用中需转换为对应的数字级别。

评估信息确定模块300，还用于若预警报数据存在趋势变化，则将预警报数据的预报时效分成变化时间段和非变化时间段，确定预报时效的变化时间段及变化时间段的评估信息；根据预报时效的变化时间段确定预报时效的非变化时间段及非变化时间段的评估信息。

具体地，若预警报数据存在趋势变化，则预报时效至少分成两个时间段，每个时间段属于变化时间段或非变化时间段，时间段的最小单位为预报时段。

相对前一时间段，评估信息发生了变化的时间段称为变化时间段，评估信息没有发生变化的时间段称为非变化时间段，非变化时间段继承前一时间段的评估信息。若预警报数据存在N次趋势变化，则对应的预报时效存在N个变化时间段。

当所有变化时间段确定后，预报时效内剩下的时间段为非变化时间段。第一时间段为非变化时间段，其评估信息从预警报数据中获取。其他非变化时间段的评估信息，根据非变化时间段继承前一时间段的评估信息的原则确定。所以在对存在趋势变化的预警报数据的预报质量评估中，关键是先确定预报时效的变化时间段及变化时间段的评估信息。

若预警报数据采用第二种预报形式，则将预警报数据中的变化时段作为预报时效的变化时间段，预警报数据的趋势变化(即预警报数据中变化时段的评估信息)作为变化时间段的评估信息。

若预警报数据采用第三种预报形式，则根据实况观测数据确定预报时效的变化时间段，根据预警报数据的趋势变化确定变化时间段的评估信息。

从预报时效的第二个预报时段开始搜索实况观测数据；若在搜索过程中获得达到该趋势变化的观测信息，则将最先达到的观测信息的观测时间点所在的预报时段作为预报时效的变化时间段，该趋势变化对应的评估信息作为变化时间段的评估信息。

进一步，若最先达到的观测信息的观测时间点处在多个预报时段，则取先达到的预报时段作为预报时效的变化时间段。

可选地，若未获得达到该趋势变化的观测信息时，则按第一预设规则设置预报时效的变化时间段，该趋势变化对应的评估信息作为变化时间段的评估信息。

预报质量评估模块400，用于根据实况观测数据获取预报时效的每个时间段的观测信息；根据每个时间段的评估信息和观测信息对对应时间段的预报质量进行评估。

预报质量评估模块400包括单时段评估单元410，单时段评估单元410用于根据一个时间段的评估信息和观测信息对对应时间段的预报质量进行评估。

若检验评估要素为波高或波向，且在同一时次存在多个实况观测值，则选取同一时次中波高最高值或主要波向值参与检验评估。

若检验评估要素为波高或波向，且时间段内有多个时次的观测值，可根据多个时次的观测值得到该时间段的观测信息，比如对于波高可取最高值，对于波向可选取波高最高值时刻的波向或出现频次高的波向；也可将多个时次的观测值及其对应的时次作为该时间段的观测信息。

若检验评估要素为警报级别，则从该时间段的实况观测数据中获取其中的观测波高最大值，根据观测波高最大值得到对应的观测等级，将该观测等级作为该时间段的观测信息。

可选地，若一个时间段的观测信息存在多个时次的观测值，则根据该时间段的评估信息和每个时次的观测值对预警报数据的预报质量分别进行评估，得到对应的多个评估结果；再根据得到的多个评估结果，得到本时间段的预报质量的评估。可选地，每个评估结果包括评估得分、预报值与实测值的相对误差，则可以取多个评估结果中的最高评估得分作为最终的评估得分，取多个评估结果中的最小的相对误差作为最终的相对误差。

气旋影响模块500，用于若在预报时效内出现气旋，则根据实况气旋中心在该时间段与预报海域的距离以及与实况观测点的距离，判断该时间段的预报质量评估是否有效。

进一步，可根据以下方式判断评估是否有效：

a)若预报时效内出现气旋，且在该时间段气旋的7级风圈外缘距离预报海域边缘大于第一预设距离，则该时间段的预报质量评估有效。

b)若预报时效内出现气旋，且在该时间段气旋的7级风圈外缘距离预报海域边缘不大于第一预设距离，且距离实况观测点不大于第二预设距离，则该时间段的预报质量评估有效。

c)若预报时效内出现气旋，且在该时间段气旋的7级风圈外缘距离预报海域边缘不大于第一预设距离，但距离实况观测点大于第二预设距离，则该时间段的预报质量评估有效。

本实施例，通过确定变化时间段及其评估信息，将每个时间段的评估信息与观测信息相结合进行预警报质量评估，不仅解决了海浪预警报中存在趋势变化的评估难题，还提高了评估的客观性、科学性和公正性；通过判断气旋在预报时间段是否进入预报海区，解决了气旋对预警报质量评估的影响。

本发明的另一个实施例，如图5、图6所示，一种海浪预警报质量评估装置，用于海浪预报或海浪警报的波高预报质量评估，包括：

在图5所示实施例基础上，单时段评估单元410具体包括：

该评估信息为评估波高，该观测信息为观测波高。

波高边界评估单元411，用于若评估波高不大于第一预设波高，且观测波高不大于第一预设波高时，则预报准确。

若不满足上述情况，则由波高正常评估单元412对该时间段的波高预报质量进行评估。

波高正常评估单元412，用于根据观测波高和评估波高得到波高绝对误差，根据波高绝对误差计算该时间段的波高预报的评估得分；根据观测波高与评估波高计算波高相对误差。

将波高预报的评估得分和波高相对误差作为该时间段的波高预报质量评估指标。

单个海域波高得分为该海域所有时次的累加平均，单份预报单的波高得分为所有预报海域的波高得分的累加平均。单个海域波高的相对误差为该海域所有时次的累加平均，单份预报单的波高相对误差为所有预报海域的波高相对误差的累加平均。

本实施例，根据评估波高和观测波高计算波高预报质量评估指标，更客观、全面、科学地对波高预报进行评估。

本发明的另一个实施例，如图5、图7所示，一种海浪预警报质量评估装置，用于海浪预报的波向预报质量评估，包括：

在图5所示实施例基础上，单时段评估单元410具体包括：

该评估信息为评估波向，该观测信息为观测波向。

波向评估单元413，用于根据观测波向与评估波向得到波向绝对误差，根据波向绝对误差计算波向预报的评估得分；根据观测波向与评估波向计算波向相对误差。

将波向预报的评估得分和波向相对误差作为该时间段的波向预报质量评估指标。

单个海域波向得分为该海域所有时次的累加平均，单份预报单的波向相对误差为所有预报海域的波向相对误差的累加平均。单个海域的波向相对误差为该海域所有时次的累加平均，单份预报单的波向相对误差为所有预报海域的波向相对误差的累加平均。

本实施例，通过计算波向预报质量评估指标，更客观、全面、科学地对波向预报进行评估。

本发明的一个实施例，如图8所示，一种海浪预警报质量评估装置，用于海浪警报的警报级别的预报质量评估，包括：

警报等级评估单元414，用于根据警报等级与观测等级得到警报等级绝对误差，根据警报等级绝对误差计算该时间段的警报等级预报的评估得分；根据观测等级与警报等级得到该时间段的警报等级准确率。警报等级准确率又分为预报正确、漏报和空报。

警报等级预报的评估得分、警报等级准确率构成警报等级的质量评估指标。

单份警报单的海浪警报等级评估得分为所有警报海域的海浪警报等级评估得分的累加平均。

根据警报海域在规定时效内的所有海浪警报的警报等级准确率，得到警报海域的统计结果，该统计结果包括海浪警报准确率、空报率和漏报率。单份警报单的警报准确率、空报率和漏报率为所有警报海域对应项的累加平均。

本实施例，通过计算海浪警报等级的质量评估指标和统计警报准确率、空报率和漏报率，更客观、全面、科学地对海浪警报的警报等级进行评估。

需要说明的是，本发明提供的用于海浪预警报质量评估装置的实施例与前述提供的应用于海浪预警报质量评估方法的实施例均基于同一发明构思，能够取得相同的技术效果。因而，用于海浪预警报质量评估装置的实施例的其它具体内容可以参照前述应用于海浪预警报质量评估方法的实施例内容的记载。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。