[发明专利]强对流单体结构及结构特征可视化时空剖析方法

摘要

本发明公开了一种强对流单体结构及结构特征可视化时空剖析方法，主要包括：获得强对流单体特征的变化趋势；获得强对流单体三维图像及垂直和水平的剖面；获得强对流单体特征的变化趋势的过程是：首先，选取强对流单体特征，然后，通过光流法实现前后体扫时刻的单体追踪，最后，根据选取的强对流单体特征和实现的前后体扫时刻的单体追踪，用一组曲线表示强对流单体特征的变化趋势。并通过结构可视化剖析获得强对流单体三维图像及垂直和水平的剖面。本发明方法实现了单体的自动跟踪，并由此给出了单体的特征变化趋势，通过三维重建技术实现了单体的三维重现，为气象工作者的强对流短临预报业务及其科研工作提供了有力的工具。

主权项

一种强对流单体结构及结构特征可视化时空剖析方法，包括获得强对流单体三维图像及垂直及水平的剖面，其特征在于，还包括获得强对流单体特征的变化趋势；获得强对流单体特征的变化趋势的步骤如下：步骤1、选取强对流单体特征：以雷达基数据为原始数据，求取获得有效厚度、高回波比、悬垂度、加权核高、峰度、组合反射率图核区梯度高值、垂直累计液态水含量和累计液态水密度；同时，通过对雷达基数据进行插值得到规则三维场数据，根据规则三维场数据得到各反射率的高度分布，并用一组柱形图表示；所述组合反射率图核区梯度高值用于量化单体核区的变化程度，其求取方法如下：在组合反射率图中进行单体分割后，将单体中反射率R>40dbz的区域定义为单体核区，按照下述公式求取单体核区的中心P，P=ΣPR>40dbz*RR>40dbzΣRR>40dbz---(1)]]>公式(1)中，PR>40dbz为所有反射率大于40dbz的点的坐标，RR>40dbz为对应反射率；以单体核区的中心P为圆心作圆覆盖单体，并将该圆等分为八个扇形，选取三个相邻扇形使之核区面积之和最小，并求取这三个扇形的平均梯度G：G=ΣgNum---(2)]]>公式(2)中，∑g为三个扇形区域所有像素点的梯度之和，像素点的梯度只考虑大小，不考虑方向，Num为像素点总数，该平均梯度G即为组合反射率图核区梯度高值；步骤2、通过光流法实现前后体扫时刻的单体追踪：利用光流法求得光流数：将前后体扫时刻的两帧组合反射率图进行单体分割得到前体扫时刻单体和后体扫时刻单体；然后输入该两帧组合反射率图，并通过光流法计算出光流场数据；遍历光流场数据点，对于X方向速度或者Y方向速度大于30的光流场数据点赋值为0；通过光流场数据计算得到前体扫时刻所有像素在后体扫时刻的流入位置；对比前后体扫时刻各单体的范围，计算出光流数；光流数记为SUM(A→B)，用以表示由前体扫时刻单体A流入后体扫时刻单体B的像素数；用光流数量化前体扫时刻单体A和后体扫时刻单体B的关联程度，光流数越高，前体扫时刻单体A和后体扫时刻单体B的相关联程度就越高，反之越低；结合前后体扫时刻单体的面积S，综合考虑前后体扫时刻单体出现分裂或合并的情况，制定如下三个条件，若满足其一则认为前体扫时刻单体A和后体扫时刻单体B存在关联，条件一、SUM(A→B)>S(A)×50％；条件二、SUM(A→B)>S(B)×50％；条件三、设SUM(A→B)＝k，对前体扫时刻的l个单体流入后体扫时刻单体B的所有像素求和，记为SUM，k/SUM>50％，且k/S(B)>33％；步骤3.根据步骤1选取的强对流单体特征和步骤2实现的前后体扫时刻的单体追踪，用一组曲线表示强对流单体特征的变化趋势。