[发明专利]一种基于多普勒天气雷达回波图像的中气旋识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及气象学中对中气旋的识别领域，特别涉及一种基于多普勒天气雷达回波图像的中气旋识别方法。

背景技术

气象工作者经过大量的数据统计发现，我国有92％以上、美国有90％以上的强对流风暴^[1](如暴雨、强风、冰雹和龙卷等)都会伴随中气旋的发生和发展，尤其是中气旋一般会在强风暴袭来之前的一段时间就实际存在。1994年，Stumpf和Witt提出了新的中气旋识别方法(E-MDA)，他们在实验中不断地调整一些重要参数值，然后反复地比较结果，最后终于取得重大突破，将识别率提高了12％左右^[2]。随后他们在1998年又提出了融合其他算法的改进版本(MDA)，NSSL(美国国家强风暴实验室)新的中气旋探测方法MDA首先确定具有气旋切变的段，然后组成二维特征，二维特征的强度分成了25个等级。对二维特征进行垂直相关分析得到三维特征，三维特征还要进行时间相关分析以确定它的发展历史。运用于实际探测当中，通过理论分析和不断的实验观测，证明了该方法具有较高的准确率^[3]。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中存在以下不足：(1)由于目前广泛使用的气象监测预报软件PUP是根据美国的天气特征来编写的，在实际的业务运行中由于地区不同，适应性较差，识别的准确率较低，漏报率和错报率较高；(2)NSSL MDA需要对平均径向速度图上距雷达距离相等的每一个点进行逐一扫描，可能会产生漏报或者报弱的情况，并且无法检测到反气旋式旋转，对每一个点进行逐一扫描大大增加了方法的时间和空间复杂度；(3)由于采用不适当的退模糊处理会产生虚假的中气旋；(4)虽然通过对阈值参数的降低可以检测出几乎所有的涡旋，但是同时提高了误警率，且阈值的调整具有人为等客观因素，具有不确定性；(5)仅对三维信息进行了分类，但没有研究纯旋转、辐合旋转和辐散旋转对于中气旋的识别作用，使得识别结果不完整。

参考文献

[1]胡明宝，高太长，汤达章，多普勒天气雷达资料分析与应用[M]，北京：解放军出版社，2000

[2]Stumpf G J，Witt A.The new NSSL mesocyclone detection algorithm functional div[C]，National Severe Storms Laboratory，1994，24(6)：195-202

[3]Stumpf G J，Witt A，Mitchell E D.The National Severe Storms Laboratory mesocyclone detection algorithm for the WSR-88D[J].Weather and Forecasting，1998，13(2)：304-326

发明内容

本发明提供了一种基于多普勒天气雷达回波图像的中气旋识别方法，本发明降低了时间和空间的复杂度，消除了虚假的中气旋，提高了识别率、降低了误报率以及提高了工作效率，详见下文描述：

一种基于多普勒天气雷达回波图像的中气旋识别方法，所述方法包括以下步骤：

(1)对1.5°仰角反射率图进行滤波处理，获取有效反射率区域F1；

(2)对所述有效反射率区域F1和所述有效反射率区域F1对应的径向速度图进行信息融合，获取限定有效搜索区域的径向速度图像R(x，y)；

(3)对所述限定有效搜索区域的径向速度图像R(x，y)进行区域分割得到反映在径向速度图中的正径向速度区域和负径向速度区域；

(4)通过速度中心区域径向速度值的分布直方图配置速度对，得到备选速度对集合；其中，在含有中气旋的径向速度图V上，针对雷达探测中心，总是存在着一对距离满足第一阈值、角度差满足第二阈值且相邻的正径向速度区域和负径向速度区域，称为速度对，其中，正径向速度区域定义为正核区，负径向速度区域定义为负核区；

(5)从所述备选速度对集合中剔除伪速度对；

(6)将所述1.5°仰角反射率图抬高一个仰角获取2.4°仰角反射率图，降低一个仰角获取0.5°仰角反射率图；对所述2.4°仰角反射率图进行滤波处理，获取有效反射率区域F2；对所述0.5°仰角反射率图进行滤波处理，获取有效反射率区域F3；重新执行步骤(2)～(5)；

(7)将所述2.4°仰角反射率图和所述0.5°仰角反射率图在相同范围内同时存在速度对的区域识别成一个中气旋。