[发明专利]一种基于海平面气压数据的气旋中心识别和半径估算方法

说明书

本发明涉及一种基于海平面气压数据的气旋中心识别和气旋半径估算方法。利用程序语言读取MSLP数据，将全球网格的海平面气压(Mean sea level pressure,MSLP)数据投影分辨率为100km×100km的等面积极地正射投影，计算每个网格的拉普拉斯值，然后对所有网格进行循环迭代，查找气旋中心。此后进行相邻气旋中心合并，并对每个气旋中心进行八方向梯度计算，估算气旋的有效半径。最后建立图像显示窗口，对MSLP数据和识别得到的气旋中心以及半径进行可视化。本发明解决了气旋数据缺乏的问题，本方法准确性和科学性较高，且用户可根据需求调整算法的参数，使得算法使用更加灵活、提取结果更具有针对性。

技术领域

本发明涉及一种网格数据处理的步骤，具体的说是一种基于海平面气压数据的气旋中心识别和半径估算方法流程。

背景技术

气旋是一种极端天气状况，由于其影响范围广、移动速度快、可导致局部天气发生剧烈变化等特点，成为人类十分关心和最早进行研究的气候系统。气旋对途经区域的天气状况具有重要作用，其伴随的极端天气可能造成财产损失和人员伤亡。此外，在全球气候变化的大背景下，作为一种重要的可移动局地天气模式，气旋活动也将对大气状况的波动做出贡献，进而导致不可忽视的气候影响。但是，由于气旋运动的复杂性，关于气旋的长时间序列的气象数据比较缺乏，而1979年以来MSLP的再分析数据数量和质量都得到了显著提高，由此提出一种基于海平面气压数据的气旋中心识别和半径估算算法，以期获得长时间序列的气旋中心和半径数据，可为后期的气旋追踪、研究长时间尺度气旋活动的分布特征和变化规律、探讨气旋对气候变化造成的影响等课题提供基础数据，研究结果也可应用于部分天气状况的预报。因此，此算法具有较强的科研价值和实际应用价值。

发明内容

针对上述存在的问题，本文基于MSLP数据，借助IDL程序语言对气旋中心识别和半径估算算法进行实施，首先设置关键参数，然后读取数据进行投影转换，分步对数据进行迭代处理，依次提取气旋中心、合并相近气旋、估算气旋范围。用户可根据自己的需求和不同的MSLP数据修改参数，或者对研究时段内不同时间节点的数据进行批量处理，得到需要的气旋数据并进行可视化显示。算法的准确性和科学性较强，且实施方便，灵活度高，可根据不同的数据和研究需要调整各个参数。

实现本发明所采用的技术方案是：一种基于海平面气压数据的气旋中心识别和半径估算方法，包括：

1)读取全球地理网格下的海平面气压MSLP数据；

2)将数据投影至预设分辨率下的等面积极地正射投影；

3)计算等面积极地正射投影下的MSLP场的拉普拉斯算子值；

4)对于每一个MSLP网格，使用迭代搜索比较周边向外扩展网格单元的MSLP值以识别气旋中心位置；

5)所有气旋中心识别完成后，利用拉普拉斯场对相邻或者相近的气旋中心进行合并；

6)对最终识别得到的气旋中心估算半径大小。

所述将数据投影至预设分辨率下的等面积极地正射投影为：

首先，建立目标坐标系，设置参数：投影类型、椭球体、中央经线和单位；根据初始坐标系和目标坐标系建立地理查找表文件，以确定原始地理网格中的初始位置在目标坐标系中的结果位置；

然后，根据初始位置和结果位置对MSLP数据进行变换、插值，设置目标结果的分辨率，得到等面积极地正射投影下的MSLP数据。

所述气旋中心位置被定义为在预设范围内MSLP极小值所在的网格位置，并且气旋中心位置与该预设范围内网格的气压梯度应大于预设阈值。

所述迭代搜索为：