[发明专利]基于边界识别追踪技术的雷暴云团的临近预报方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及气象业务部门短时临近预报预警方法和系统，尤其涉及在基于高时空分辨率雷达资料的雷暴云团识别、追踪及预警技术的方法和系统。

背景技术

基于高时空分辨率雷达资料的雷暴云团识别、追踪及预警技术是目前最重要的雷暴云团的临近预报预警技术之一，主要方法有交叉相关(TREC)法、单体质心法等。交叉相关法把整个数据区域分成若干个小区域，相邻时刻雷达回波图像之间计算相关系数，通过最大相关系数确定相邻时刻图像中的区域，从而确定回波平均运动；该方法在国内得到广泛的应用，其缺点就是无法准确划分云团物理边界，得不到单体风暴的特征。单体质心法首先是识别单体，并计算质心位置、体积和投影面积等特征，然后对前后两个时刻的扫描数据进行单体匹配追踪，将风暴单体分离出来，然后通过多个时刻的追踪结果进行外推预警；这种方法的缺点就是注重雷暴单体，必须尽可能将相连的云团分离以提高预测的准确度，雷暴活动过程中的分裂、合并没有充分考虑，忽视雷暴群体的活动特征。

发明内容

本发明要解决的技术问题是利用模式识别技术进行云团边界识别、拓扑处理，建立生命周期与族谱关系，在自动识别雷暴云团的基础上对云团进行对象化处理，得出雷暴云团从发生以来的时间序列，并进行外推预报。

本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：设计一种基于边界识别追踪技术的雷暴云团的临近预报方法，该临近预报方法包括如下步骤：

(1)以一定的时间间隔连续重复执行如下步骤a至步骤e，获得雷达探测区域内雷暴云团探测数据的时空序列：

a.气象雷达接收来自观测对象的雷达反射回波信号并把该反射回波信号传输给雷达资料处理系统；

b.所述雷达资料处理系统对所述雷达反射回波信号进行预处理形成在探测区域内的二维网格形式的数字化雷达回波数据；

c.使用膨胀-侵蚀算法消除雷达扫描缺线对雷暴云团边界识别所造成的不良影响；

d.使用N-近邻跟踪遍历算法和边缘提取算法对探测区域范围内的雷暴云团的边界进行识别，从而使探测区域内所有雷暴云团都具有清晰连续的边界线；

e.用统计方法计算探测区域内各雷暴云团的平均强度；

(2)、对探测区域相邻时间序列的雷暴云团的雷达回波数据采用四分树匹配分析因子进行雷暴云团的相似性判定，从而获得每个雷暴云团的几何和拓扑特征，所述雷暴云团的几何和拓扑特征包括：雷暴云团的运动方向、速度、面积、强中心、增强或减弱、膨胀或缩小的状态信息；然后再组合使用重叠因子、面积因子、外接矩形因子、轮廓综合因子和局部相似判定因子对所述雷暴云团的几何和拓扑特征进行纠错；

(3)、根据在指定时序或最新时序的雷暴云团的几何和拓扑特征，建立雷暴云团的生命时序与族谱关系，并在此基础上对雷暴云团的运动向量进行线性外推从而获得雷暴云团的临近预报。

本发明解决技术问题所采用的技术方案还包括：设计一种基于边界识别追踪技术的雷暴云团的临近预报系统，该临近预报系统包括用于探测雷暴云团的气象雷达以及雷达资料处理系统，所述雷达资料处理系统包括：

雷达资料预处理模块，用于对雷达反射回波信号进行预处理形成在探测区域内的二维网格形式的数字化雷达回波数据，以及对雷达回波数据进行二值化处理形成雷暴云团边界识别所需的二值图像空间；

雷暴云团边界处理模块，用于使用膨胀-侵蚀算法消除雷达扫描缺线对雷暴云团边界识别的影响以及使用N-近邻跟踪遍历算法和边缘提取算法对探测区域范围内的雷暴云团的边界进行识别，从而使探测区域内所有雷暴云团都具有清晰连续的边界线；

雷暴云团识别模块，用于识别雷达探测区域内雷暴云团的边界信息、强度信息和面积信息；

雷暴云团拓扑关系建立模块，用于计算雷暴云团的的运动方向、速度、面积、强中心、增强或减弱、膨胀或缩小的状态信息；

雷暴云团族谱关系建立模块，通过相邻时次云团的相似性检查，识别出雷暴云团发生发展消亡的运动轨迹，包括多个雷暴云团在发展过程中合并为一个新的雷暴云团以及一个雷暴云团在发展过程中分裂成为多个新的雷暴云团；

雷暴云团外推预报模块；用于根据雷暴云团的拓扑特征、生命时序与族谱关系，对雷暴云团的运动向量进行线性外推作出雷暴云团的临近预报；

所述雷达资料预处理模块、雷暴云团边界处理模块、雷暴云团识别模块、雷暴云团族谱关系建立模块和雷暴云团外推预报模块单向顺序连接。