[發明專利]基于邊界識別追蹤技術的雷暴云團的臨近預報方法和系統

有效

• 申請號: 200910108556.1
• 申請日: 2009-06-30
• 公開（公告）號: CN101937078A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 蘭紅平;孫向明;梁碧玲;毛輝;張文海
• 申請（專利權）人: 深圳市氣象局
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/95;G01W1/10
• 代理公司: 深圳市萬商天勤知識產權事務所(普通合伙) 44279
• 代理人: 王志明

技術領域

本發明涉及氣象業務部門短時臨近預報預警方法和系統，尤其涉及在基于高時空分辨率雷達資料的雷暴云團識別、追蹤及預警技術的方法和系統。

背景技術

基于高時空分辨率雷達資料的雷暴云團識別、追蹤及預警技術是目前最重要的雷暴云團的臨近預報預警技術之一，主要方法有交叉相關(TREC)法、單體質心法等。交叉相關法把整個數據區域分成若干個小區域，相鄰時刻雷達回波圖像之間計算相關系數，通過最大相關系數確定相鄰時刻圖像中的區域，從而確定回波平均運動；該方法在國內得到廣泛的應用，其缺點就是無法準確劃分云團物理邊界，得不到單體風暴的特征。單體質心法首先是識別單體，并計算質心位置、體積和投影面積等特征，然后對前后兩個時刻的掃描數據進行單體匹配追蹤，將風暴單體分離出來，然后通過多個時刻的追蹤結果進行外推預警；這種方法的缺點就是注重雷暴單體，必須盡可能將相連的云團分離以提高預測的準確度，雷暴活動過程中的分裂、合并沒有充分考慮，忽視雷暴群體的活動特征。

發明內容

本發明要解決的技術問題是利用模式識別技術進行云團邊界識別、拓撲處理，建立生命周期與族譜關系，在自動識別雷暴云團的基礎上對云團進行對象化處理，得出雷暴云團從發生以來的時間序列，并進行外推預報。

本發明采用如下技術方案解決上述技術問題：設計一種基于邊界識別追蹤技術的雷暴云團的臨近預報方法，該臨近預報方法包括如下步驟：

(1)以一定的時間間隔連續重復執行如下步驟a至步驟e，獲得雷達探測區域內雷暴云團探測數據的時空序列：

a.氣象雷達接收來自觀測對象的雷達反射回波信號并把該反射回波信號傳輸給雷達資料處理系統；

b.所述雷達資料處理系統對所述雷達反射回波信號進行預處理形成在探測區域內的二維網格形式的數字化雷達回波數據；

c.使用膨脹-侵蝕算法消除雷達掃描缺線對雷暴云團邊界識別所造成的不良影響；

d.使用N-近鄰跟蹤遍歷算法和邊緣提取算法對探測區域范圍內的雷暴云團的邊界進行識別，從而使探測區域內所有雷暴云團都具有清晰連續的邊界線；

e.用統計方法計算探測區域內各雷暴云團的平均強度；

(2)、對探測區域相鄰時間序列的雷暴云團的雷達回波數據采用四分樹匹配分析因子進行雷暴云團的相似性判定，從而獲得每個雷暴云團的幾何和拓撲特征，所述雷暴云團的幾何和拓撲特征包括：雷暴云團的運動方向、速度、面積、強中心、增強或減弱、膨脹或縮小的狀態信息；然后再組合使用重疊因子、面積因子、外接矩形因子、輪廓綜合因子和局部相似判定因子對所述雷暴云團的幾何和拓撲特征進行糾錯；

(3)、根據在指定時序或最新時序的雷暴云團的幾何和拓撲特征，建立雷暴云團的生命時序與族譜關系，并在此基礎上對雷暴云團的運動向量進行線性外推從而獲得雷暴云團的臨近預報。

本發明解決技術問題所采用的技術方案還包括：設計一種基于邊界識別追蹤技術的雷暴云團的臨近預報系統，該臨近預報系統包括用于探測雷暴云團的氣象雷達以及雷達資料處理系統，所述雷達資料處理系統包括：

雷達資料預處理模塊，用于對雷達反射回波信號進行預處理形成在探測區域內的二維網格形式的數字化雷達回波數據，以及對雷達回波數據進行二值化處理形成雷暴云團邊界識別所需的二值圖像空間；

雷暴云團邊界處理模塊，用于使用膨脹-侵蝕算法消除雷達掃描缺線對雷暴云團邊界識別的影響以及使用N-近鄰跟蹤遍歷算法和邊緣提取算法對探測區域范圍內的雷暴云團的邊界進行識別，從而使探測區域內所有雷暴云團都具有清晰連續的邊界線；

雷暴云團識別模塊，用于識別雷達探測區域內雷暴云團的邊界信息、強度信息和面積信息；

雷暴云團拓撲關系建立模塊，用于計算雷暴云團的的運動方向、速度、面積、強中心、增強或減弱、膨脹或縮小的狀態信息；

雷暴云團族譜關系建立模塊，通過相鄰時次云團的相似性檢查，識別出雷暴云團發生發展消亡的運動軌跡，包括多個雷暴云團在發展過程中合并為一個新的雷暴云團以及一個雷暴云團在發展過程中分裂成為多個新的雷暴云團；

雷暴云團外推預報模塊；用于根據雷暴云團的拓撲特征、生命時序與族譜關系，對雷暴云團的運動向量進行線性外推作出雷暴云團的臨近預報；

所述雷達資料預處理模塊、雷暴云團邊界處理模塊、雷暴云團識別模塊、雷暴云團族譜關系建立模塊和雷暴云團外推預報模塊單向順序連接。