[发明专利]雷达回波图像中飑线特征的智能识别预警方法

说明书

本发明提供一种雷达回波图像中飑线特征的智能识别预警方法，以多普勒天气雷达探测资料为主要数据源，对雷达探测到的基本反射率的空间分布和强度进行分析，通过数值预处理、滤波、图像特征提取、对目标物的中轴线分析和飑线形态分析等一系列步骤，实现对雷达飑线特征的智能识别预警。本发明方法的应用能够将以往本需要由气象专业人员主观分析、判读雷达回波图像的工作自动化、客观化，提高了飑线识别、强对流天气告警相关业务的准确性和时效性。

技术领域：

本发明属于地球科学领域，涉及一种对雷达回波图像中所表征出的“飑线”现象进行智能识别、预警的方法，尤其涉及一种对雷达回波图像中飑线特征的智能识别预警方法。

背景技术：

“飑线”是天气雷达进行探测时，在雷达回波图像上呈现出的明显的带状或类弧状图像，该形状区域的回波强度明显高于该区域以外的周边区域。气象学上的“飑线”是指大气压、温度或风等气象要素发生突变时形成的狭窄的强对流天气带。一般情况下，它是由多个雷暴单体或超级单体近似一条直线或弧线排列组成的云雨带，其宽度约为几十至一百公里，其长度约为几十至数百公里，从其初步形成至基本消散的持续时间可达数小时至十几小时。

通过天气雷达能够清楚地探测到飑线形成、发展的过程以及飑线大小和空间分布情况。在其形成阶段，雷达回波图像上一般表现为若干个相对独立的对流单体，各个单体的轮廓清晰，单体中心区域的回波强度超过40dBZ，单体的水平尺度约为15～20公里，各个单体空间分布尚较为分散。这些对流单体在不断发展的过程中，体积逐步增加，单体顶高逐步抬升到10公里以上，并逐渐聚拢、合并形成带状的空间分布。在其旺盛阶段，雷达回波图像上出现明显的长条状或长弧状高值回波区域，回波强度达到50甚至60dbZ以上，回波顶高上升到15公里以上。高值回波区域的外沿回波强度梯度较大，表现为强超级单体或强对流单体群。此时，在雷达回波图像上即可表现为飑线特征的显现。

当飑线出现时，往往会出现气压陡升、温度骤降、风向突变和风力加强等强对流性天气现象，同时还可能伴有雷暴、闪电、冰雹或龙卷等灾害性天气。尽管飑线不是造成灾害性天气的直接原因，但飑线的出现往往预示着破坏性大风、龙卷、冰雹和短时强降水的发生，而一旦发生，其破坏力是非常巨大的。例如，2009 年6月3日20时30分左右，河南商丘地区突遭强对流天气袭击，风力最大达 11级，并伴有暴雨、冰雹，整个过程持续约50分钟。据灾后统计，全市172个乡镇中有137个不同程度受灾，倒塌房屋4800多间，损毁树木769.3万株，倒伏小麦309.84万亩，20人失去生命，直接经济损失高达15亿元。

对于有经验的气象专业人员而言，通过对雷达回波图像的主观分析，能够准确地判读出飑线的形成和发展过程。而对于计算机程序而言，如何准确地识别出雷达回波图像中的飑线特征，尽可能避免漏判和误判，却是一项复杂的算法问题。事实上，随着计算机技术的急速发展，同时带动了气象探测设备和技术的不断革新，近5～10年来气象业务人员能够实时获得的气象观测和探测数据爆炸式增长，这些实时推送、更新的海量资料，其信息量已然超出人们能够及时进行主观分析、判读的能力。因此，亟需借助计算机对雷达回波图像中的飑线进行自动化、智能化的识别、预警，并能够满足识别的高准确率要求。

发明内容：

为了实现气象上可能引发雷暴、闪电、冰雹或龙卷等灾害性天气的飑线特征的客观定量化识别，本发明提出一种对雷达回波图像中飑线特征做出智能识别、预警的方法，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种雷达回波图像中飑线特征的智能识别预警方法，包括如下具体步骤：

步骤1：将雷达基数据文件中雷达体扫的仰角编号定义为α，α的取值范围为 [0，max_α]，max_α表示雷达体扫的最大仰角编号；α的初始值为0，即α＝0；将高通滤波阈值定义为Filt_A，Filt_A的取值范围为0至100的正整数，Filt_A的初始值为[60，100]之间任一正整数；

步骤2：读取待分析的雷达基数据文件，从该文件中提取仰角编号为α的基本反射率数据R(α)；