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基于多普勒天气雷达体扫资料的下击暴流预警方法研究

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自然灾害学报 2019年第2期28卷 118-126页

作者：孙京肖艳姣冷亮中国气象局武汉暴雨研究所暴雨监测预警湖北省重点实验室

本文利用新一代多普勒天气雷达体扫数据、自动气象探空站和地面大风测站资料,对2009-2013年湖北省大风天气过程的风暴特征量进行相关统计分析,通过云模型和支持向量机(SVM)等方法确定了包含环境、反射率和径向速度特征的9个下击暴流雷... 详细信息

本文利用新一代多普勒天气雷达体扫数据、自动气象探空站和地面大风测站资料,对2009-2013年湖北省大风天气过程的风暴特征量进行相关统计分析,通过云模型和支持向量机(SVM)等方法确定了包含环境、反射率和径向速度特征的9个下击暴流雷达预警指标。基于已确定的预警指标,分别利用Bayes和BP神经网络两种方法建立了下击暴流预报模型,通过识别结果检验表明,两种算法均能有效区分大风与非大风。Bayes方法大风击中率(POD)可以达到81.8%,大风和非大风预报准确率为86.7%,虚警率(FAR)和失误率(FOM)分别为5.2%和18.1%,TS评分0.77;BP神经网络非线性预报方法对大风的识别准确率为84%。进一步证明了提出的下击暴流雷达指标的可预报性和实用性。

关键词：多普勒天气雷达下击暴流预警指标云模型 BP神经网络

新一代天气雷达网资料的三维格点化及拼图方法研究

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气象学报 2006年第5期64卷 647-657页

作者：肖艳姣刘黎平中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室

文中研究了几种把球坐标系下的雷达网反射率体扫资料插值到统一的笛卡尔坐标系下的经纬度网格上以及用多个雷达的反射率网格资料进行三维拼图的方法,并对多个雷达同步观测的反射率因子的空间一致性、系统误差以及雷达等距离线上回波的... 详细信息

文中研究了几种把球坐标系下的雷达网反射率体扫资料插值到统一的笛卡尔坐标系下的经纬度网格上以及用多个雷达的反射率网格资料进行三维拼图的方法,并对多个雷达同步观测的反射率因子的空间一致性、系统误差以及雷达等距离线上回波的水平和垂直结构进行了分析。结果发现:在雷达资料格点化过程中,径向和方位上的最近邻居法和垂直方向的线性内插法的结合(NVI方法)是一种有效的雷达资料分析方法,它既能得到空间比较连续的反射率分析场,同时也较好地保留了体扫资料中原有的反射率结构特征;广州雷达和梅州雷达同步观测的空间一致性比较好;在多个雷达资料合成拼图的过程中,距离指数权重平均法能提供空间连续的三维反射率拼图数据,拼图也减轻了由雷达波束几何学引起的各种问题。

关键词：雷达网反射率三维拼图 NVI内插方法距离指数权重平均

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基于卷积神经网和SVM雷电监测预警

自然灾害学报 2022年第1期31卷 219-225页

作者：王志斌肖艳姣王珏吴涛中国气象局武汉暴雨研究所暴雨监测预警湖北省重点实验室湖北武汉430205 武汉中心气象台湖北武汉430074

利用天气雷达三维网格拼图资料,并针对正负样本数据不平衡问题,使用SMOTE方法进行处理,通过设计多层卷积神经网络,在网络末端加入SVM判别器,实现对雷电监测;使用改进的变分光流方法反演风场,利用半拉格朗日方法对雷达回波进行外推,使用... 详细信息

利用天气雷达三维网格拼图资料,并针对正负样本数据不平衡问题,使用SMOTE方法进行处理,通过设计多层卷积神经网络,在网络末端加入SVM判别器,实现对雷电监测;使用改进的变分光流方法反演风场,利用半拉格朗日方法对雷达回波进行外推,使用设计的卷积神经网络进行雷电预报;实验表明通过卷积神经网络识别雷电的准确率为76.4%,外推30 min的预报准确率为54.0%,比传统的机器学习方法预报准确率有一定提高,对业务应用有一定的帮助。

关键词：卷积神经网变分光流 SVM 天气雷达 SMOTE

三维雷达反射率资料用于层状云和对流云的识别研究

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大气科学 2007年第4期31卷 645-654页

作者：肖艳姣刘黎平中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室

基于层状云和对流云的雷达反射率分布的三维形态特征,提出了识别层状云和对流云的6个候选识别参数,它们分别是:组合反射率及其水平梯度,反射率因子等于35 dBZ的回波顶高及其水平梯度、垂直累积液态水含量及其密度。通过分析候选识别参... 详细信息

基于层状云和对流云的雷达反射率分布的三维形态特征,提出了识别层状云和对流云的6个候选识别参数,它们分别是:组合反射率及其水平梯度,反射率因子等于35 dBZ的回波顶高及其水平梯度、垂直累积液态水含量及其密度。通过分析候选识别参数分布图和选取的反射率垂直剖面图,用人机交互方式挑选“真实的”层状云和对流云区,统计这6个候选识别参数分布的概率密度特征;最后确定把分布概率密度更集中的组合反射率水平梯度、35 dBZ的回波顶高的水平梯度和垂直累积液态水含量密度作为识别参数,利用模糊逻辑法进行层状云和对流云的识别。用三个个例进行了识别试验,并把用模糊逻辑法识别的结果与用改进的巅峰值法识别的结果进行了比较,结果表明:用模糊逻辑法和改进的巅峰值法都能合理地识别大部分层状云和对流云;由于改进的巅峰值法只考虑了反射率分布的二维形态特征,它容易把对流核的外围识别成层状云,把厚实的层状云识别成对流云,而考虑了反射率分布的三维形态特征的模糊逻辑法在这两个方面有很大改善。

关键词：雷达反射率层状云和对流云识别模糊逻辑法

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基于数学形态学的阵风锋识别算法

气象科技 2016年第1期44卷 1-6,46页

作者：冷亮肖艳姣吴涛中国气象局武汉暴雨研究所暴雨监测预警湖北省重点实验室武汉430205 武汉中心气象台武汉430074

提出基于数字图像处理技术中的数学形态学的阵风锋自动识别算法。该算法首先基于阵风锋的反射率因子窄带形态、速度辐合和快速移动特征,计算相邻时次体扫反射率因子差、速度切变和速度梯度这3个参量场,综合这3个参量场,得到一个二维特征... 详细信息

提出基于数字图像处理技术中的数学形态学的阵风锋自动识别算法。该算法首先基于阵风锋的反射率因子窄带形态、速度辐合和快速移动特征,计算相邻时次体扫反射率因子差、速度切变和速度梯度这3个参量场,综合这3个参量场,得到一个二维特征量;然后采用数学形态学算法对这个二维特征量进行二值化、膨胀、腐蚀、细化、剪枝及线段联通等处理,得到一条反映阵风锋骨架特征的曲线。利用武汉雷达观测的2个阵风锋过程的共53个体扫数据进行阵风锋识别算法检验,结果表明:该算法正确识别阵风锋39个,错误识别3个,漏识别11个;识别曲线与阵风锋位置和走向较为一致。

关键词：数字图像形态学剪枝阵风锋

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任意基线雷达反射率因子垂直剖面生成算法

应用气象学报 2008年第4期19卷 428-434页

作者：肖艳姣刘黎平李中华中国气象局武汉暴雨研究所武汉430074 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 湖北省气象信息与技术保障中心武汉430074

该文提出了一种基于雷达体扫资料的任意基线雷达反射率因子垂直剖面的生成算法。在计算雷达反射率因子垂直剖面上的格点在雷达极坐标中的仰角、方位和斜距位置后,采用径向、方位上的最近邻居和垂直方向的线性内插相结合的客观分析方法... 详细信息

该文提出了一种基于雷达体扫资料的任意基线雷达反射率因子垂直剖面的生成算法。在计算雷达反射率因子垂直剖面上的格点在雷达极坐标中的仰角、方位和斜距位置后,采用径向、方位上的最近邻居和垂直方向的线性内插相结合的客观分析方法得到格点上的反射率因子分析值。在垂直线性内插时分别用dBZ值和Z值(单位:mm6/m3)进行插值。结果表明:用该方法得到的雷达反射率因子垂直剖面从回波强度和空间位置来看都是合理的;当采用垂直线性内插时,用dBZ值插值比用Z值插值得到的雷达反射率因子垂直剖面在空间分布上更连续,反射率因子分析值总体上更接近观测值;低仰角的插值效果比高仰角的好。

关键词：雷达反射率因子垂直剖面

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雷达反射率因子数据中的亮带自动识别和抑制

高原气象 2010年第1期29卷 197-205页

作者：肖艳姣刘黎平李中华王红艳中国气象局武汉暴雨研究所湖北武汉430074 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 湖北气象信息与技术保障中心湖北武汉430074

为了减轻雷达反射率因子数据中的亮带污染对雷达降水估计的影响,一种基于新一代天气雷达体扫资料自动识别零度层亮带平均高度、厚度和区域以及对亮带进行抑制的算法被提出。该算法首先利用近距离分层平均方法建立视反射率因子垂直廓线,... 详细信息

为了减轻雷达反射率因子数据中的亮带污染对雷达降水估计的影响,一种基于新一代天气雷达体扫资料自动识别零度层亮带平均高度、厚度和区域以及对亮带进行抑制的算法被提出。该算法首先利用近距离分层平均方法建立视反射率因子垂直廓线,然后基于亮带VPR曲线在融化层高度的显著弯曲特征来识别和抑制亮带。比较该方法识别的零度层亮带的平均高度和实测0℃等温层高度表明,前者比后者平均低0.5km。亮带的厚度大多在1～1.25km。亮带区域识别算法能合理地识别亮带反射率因子高值区,用经过亮带抑制后的体扫资料得到的组合反射率因子和反射率因子垂直剖面上的高值区被抑制掉,用经过抑制后的亮带区的所有反射率因子库建立的平均VPR在融化层高度的显著弯曲消失。通过亮带抑制后的雷达体扫资料将用于雷达降水估计。

关键词：零度层亮带自动识别雷达反射率因子垂直廓线

移动X波段双线偏振多普勒天气雷达差分相位数据质量控制

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高原气象 2012年第1期31卷 223-230页

作者：肖艳姣王斌陈晓辉曹俊武杨贤明中国气象局武汉暴雨研究所湖北武汉430074 安徽四创电子股份有限公司安徽合肥230088 湖北省黄石市气象局湖北黄石435003

针对移动X波段双线偏振多普勒天气雷达,提出了一套差分相位数据质量控制算法,包括地物杂波抑制、退折叠、初始差分相位调整和滤波等,然后利用2个个例分析了这种差分相位数据质量控制算法的效果。结果表明,该算法能有效地识别和消除差分... 详细信息

针对移动X波段双线偏振多普勒天气雷达,提出了一套差分相位数据质量控制算法,包括地物杂波抑制、退折叠、初始差分相位调整和滤波等,然后利用2个个例分析了这种差分相位数据质量控制算法的效果。结果表明,该算法能有效地识别和消除差分相位数据中的地物杂波、退掉折叠的相位和滤除正常的随机差分相位波动。

关键词： X波段双线偏振多普勒天气雷达差分相位质量控制