[發明專利]基于自適應閾值的對流單體識別方法

有效

• 申請號: 202310241624.1
• 申請日: 2023-03-14
• 公開（公告）號: CN116430336B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 竹利;蔣興文;董元昌;張佩文;馮勇
• 申請（專利權）人: 中國氣象局成都高原氣象研究所
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G06T7/269;G01S13/95
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 吳中偉

本發明涉及天氣識別領域，為了盡早且快速識別出對流單體，本申請提供了基于自適應閾值的對流單體識別方法，包括：1、獲取目標海拔高度的CAPPI數據；2、利用連通域算法從CAPPI數據中提取反射率因子大于反射率因子閾值的區域，若識別出的區域面積大于預設值且閾值伸展度大于比較值，則保留該區域；3、反射率因子閾值加上延伸步長得到新的反射率因子閾值，在保留的區域中提取大于新反射率因子閾值的區域，若新提取的區域面積大于預設值且閾值伸展度大于比較值，則保留該區域；4、重復步驟3，直至不能識別出滿足條件的新區域為止，最后一次滿足條件的區域即為識別出的對流單體。采用上述方式便于盡早且快速識別出對流單體。

技術領域

本發明涉及天氣識別領域，具體是一種基于自適應閾值的對流單體識別方法。

背景技術

目前氣象部門業務上日常使用的對流系統自動識別及追蹤方法為TITAN(Thunderstorm?Identification,Tracking,Analysis,and?Nowcasting))算法。TITAN是一種基于天氣雷達的對流單體識別、追蹤算法。TITAN算法首先將極坐標的數據轉化為直角坐標的數據，把整個體掃描數據進行等高度差的水平分層后得到CAPPI(Constant?AltitudePlan?Position?Indicator)，然后在水平方向找出反射率因子超過給定的某閾值(35dBZ)的鄰接序列，并將之歸一回波塊，再將塊歸組后進行三維關聯，從而識別三維雷暴單體。其對于孤立對流單體及中尺度對流系統(包括颮線)具有較好的識別跟蹤效果。TITAN在雷暴識別的基礎上進行雷暴單體質心位置等重要指標的追蹤和外推預報，結合雷暴最大期望速度作為約束條件，最后通過最小化目標函數實現雷暴單體質心位置、雷暴體積等參數求解和雷暴單體移動追蹤，從而獲得雷暴質心移動矢量。

TITAN算法是基于固定的反射率因子閾值來識別對流(或雷暴)單體的。但是在一雷暴群(多單體對流系統)中，不同對流單體可能處于生命周期的不同階段。實際觀測表明，新生發展階段強對流系統的反射因子中心值強且梯度較大(對流系統的反射率因子強度從中心到邊緣減弱)，面積較小；成熟對流系統反射因子中心值強但梯度較小，面積發展到最大；消亡階段對流系統反射因子中心值弱，梯度小，面積減小。當成熟階段對流系統與新生對流單體鄰接時，僅由固定閾值35dBZ很難在雷暴群中識別出新生對流單體。而盡早識別出新生單體對提高災害性對流天氣的監測和預警水平至關重要。

發明內容

為了盡早且快速識別出對流單體，本申請提供了基于自適應閾值的對流單體識別方法。

本發明解決上述問題所采用的技術方案是：

基于自適應閾值的對流單體識別方法，包括：

步驟1、獲取目標海拔高度的CAPPI數據；

步驟2、利用連通域算法從CAPPI數據中提取反射率因子大于反射率因子閾值的區域，若識別出的區域面積大于預設值且閾值伸展度大于比較值，則保留該區域；

步驟3、反射率因子閾值加上延伸步長得到新的反射率因子閾值，在保留的區域中提取大于新反射率因子閾值的區域，若新提取的區域面積大于預設值且閾值伸展度大于比較值，則保留該區域；

步驟4、重復步驟3，直至不能識別出滿足條件的新區域為止，最后一次滿足條件的區域即為識別出的對流單體。

進一步地，所述步驟1具體為：

步驟11、對雷達數據進行預處理；

步驟12、將預處理后的雷達數據轉換為笛卡爾空間坐標系數據；

步驟13、采用Barnes插值算法將坐標轉換后的數據進行插值以得到目標海拔高度的CAPPI數據。

進一步地，所述步驟4識別出對流單體后還包括：判斷對流單體數量，當對流單體數量大于等于2時，計算各對流單體間的質心距離，當兩個質心間的距離小于閾值時，將其合并為同一對流單體。