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云导风资料在遗传算法同化系统中的应用

热带气象学报 2008年第4期24卷 423-429页

作者：常慧琳沈桐立朱伟军江苏省气象灾害重点实验室

利用云导风资料和常规观测资料,采用遗传算法同化系统和中尺度MM5模式对2005年7月9～10日长江流域的暴雨过程进行了模拟和分析。结果表明:遗传算法同化系统可以同化常规资料和非常规资料。使用遗传算法同化系统可以有效改善数值预报模... 详细信息

利用云导风资料和常规观测资料,采用遗传算法同化系统和中尺度MM5模式对2005年7月9～10日长江流域的暴雨过程进行了模拟和分析。结果表明:遗传算法同化系统可以同化常规资料和非常规资料。使用遗传算法同化系统可以有效改善数值预报模式的初始场,在一定程度上提高物理量场的预报,但对降水场的预报效果改善不明显。加入云导风资料后,可进一步改善风场和温度场,使得物理量场和降水场的预报更加接近实况。

关键词：云导风遗传同化 MM5 数值模拟

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云导风的初步探究

数学的实践与认识 2013年第15期43卷 163-174页

作者：杨平吕刘祥余郭付才彭新伟黄思训项杰解放军理工大学气象海洋学院江苏南京211101 南京军区气象水文中心江苏南京210016

针对云导风反演算法进行了深入研究.通过分析卫星云图的灰度特性和纹理特征,提出了基于最大灰度和梯度交叉相关系数的云导风反演方法.依据最大信息熵准则自适应调整窗口大小,根据NCEP数值预报产品指定风矢高度.实验结果表明,方法有效提... 详细信息

针对云导风反演算法进行了深入研究.通过分析卫星云图的灰度特性和纹理特征,提出了基于最大灰度和梯度交叉相关系数的云导风反演方法.依据最大信息熵准则自适应调整窗口大小,根据NCEP数值预报产品指定风矢高度.实验结果表明,方法有效提高了反演的义精度和效率.

关键词：云导风最大交叉相关系数信息熵双线性插值

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伴随同化系统中用云导风修正模式地形的试验

高原气象 2007年第2期26卷 300-308页

作者：何芬沈桐立贺哲赖绍钧马镜娴南京信息工程大学气象灾害与环境变化重点开放实验室江苏南京210044 河南省气象台河南郑州450003

以2002年7月23日的天气过程为例,利用中尺度模式MM5伴随模式同化系统,进行了修正模式地形高度的试验研究。结果发现,MM5伴随模式同化系统可以对地形进行修正,并得到与资料更为协调一致的地形高度。另外,利用非常规云导风资料能够比仅使... 详细信息

以2002年7月23日的天气过程为例,利用中尺度模式MM5伴随模式同化系统,进行了修正模式地形高度的试验研究。结果发现,MM5伴随模式同化系统可以对地形进行修正,并得到与资料更为协调一致的地形高度。另外,利用非常规云导风资料能够比仅使用常规资料更有效地修正模式地形高度。将修正后的地形场作为模式地形,所得的预报结果比未经修正的地形有所改进。

关键词： MM5 伴随模式同化系统地形高度云导风

云导风资料同化在伴随模式同化系统中的应用研究

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云导风资料同化在伴随模式同化系统中的应用研究

作者：李红莉南京气象学院

学位级别：硕士

现今数值预报的准确程度主要依赖于能够描述天气过程的精确模式和能够反映初始时刻的准确初始场。近年来，数值模式的发展相当精细，可以真实地描写和模拟出实际天气过程的演变发展，因而初始场是否精确就至关重要。最优初始场，既要满... 详细信息

现今数值预报的准确程度主要依赖于能够描述天气过程的精确模式和能够反映初始时刻的准确初始场。近年来，数值模式的发展相当精细，可以真实地描写和模拟出实际天气过程的演变发展，因而初始场是否精确就至关重要。最优初始场，既要满足模式动力和热力要求，又能反映大气的真实状态。为得到最优初始场，需要大量的各种类型的多时次的常规及非常规观测资料，以及利用这些资料的有效方法。本文就是利用MM5伴随模式同化系统，同化常规观测资料以及非常规资料(云导风资料)，以研究该同化系统的特性以及卫星云导风资料对于改善预报所起的作用。以2002年7月23日00时至24日00时发生在长江流域的暴雨过程为例，设计了几种数值试验方案，并进行模拟。结果表明，MM5伴随模式同化系统能有效改善初始场与模式的协调能力，提高模式对于降水场和其它要素场的预报;使用云导风资料修正初始场后直接模拟的效果比未使用时直接模拟的效果要好，对部分区域的强降水预报精度有一定程度的改善;使用伴随模式同化系统后，加入云导风资料的同化试验对其它要素的改善与直接同化常规资料的效果相比，改善优势不明显，但从各要素的误差来看，对于风场的改善最好。根据同化试验结果，对此次暴雨动力场模拟对比分析后认为，同化云导风后可改善动力场的配置，提高暴雨模拟精度。通过敏感性试验方案结果表明，适当的增加非常规资料的权重对于预报的改善能起到一定的作用。云导风为中尺度数值预报精度的提高提供了一个新途径。

关键词：云导风 MM5 伴随模式同化系统暴雨数值模拟

云导风计算中结合局部特征的区域匹配算法研究

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云导风计算中结合局部特征的区域匹配算法研究

作者：王雨萱山东大学

学位级别：硕士

气象数值预报,是一个与科技民生息息相关的领域,随着气象卫星技术的不断进步,得到的资料也越来越丰富,气象数值预报也从依赖专业人员的经验,转而利用各类图像处理技术,使结果更加客观,更加精准。云导风技术主要指利用连续时序的卫星云图... 详细信息

气象数值预报,是一个与科技民生息息相关的领域,随着气象卫星技术的不断进步,得到的资料也越来越丰富,气象数值预报也从依赖专业人员的经验,转而利用各类图像处理技术,使结果更加客观,更加精准。云导风技术主要指利用连续时序的卫星云图,捕捉云图上示踪云团的运动轨迹以反演风场的过程,是气象数值预报的一个重要信息来源,尤其是对于较为偏远且气象监控站点稀缺的地区。目前主流方法是基于相关度计算的模板匹配方法。然而云团的运动属于非刚性物体的半流体运动,目前来讲,并没有一个相对成熟的计算模型,现有的计算方法主要利用区域匹配,对模板在搜索区域内进行相关度计算得到云团位移,并没有充分考虑云团特征,对于有旋风带来的云团旋转并不能够很好的适应,并存在搜索方式计算量较大、对人工依然有很大依赖等缺点,因此该方向依然有很大的挖掘空间和探索价值。本文为了更好地捕捉云团运动规律,提高云导风计算效率,考虑将SIFT算法得到的特征点在前后云图上的分布规律作为云团局部特征信息,并结合到模板匹配中,是对云导风技术的一个新的尝试。SIFT算法可以有效克服尺度变化、旋转、亮度变化等影响,因此,由SIFT算法产生的特征点可以代表云团运动并对云团局部特征进行描述。在本文中,为了避免由于云团不确定运动带来的干扰,本算法没有直接选用特征点的匹配距离作为移动矢量,而是以特征点分布情况作为云团的局部特征代表,将模板匹配与局部特征结合,一方面可以避免对于云团局部存在平滑区域所造成的特征点难以检测,另一方面利用局部特征区域直接匹配,有效缩减模板匹配时遍历搜索过程的计算量。实验结果表明,基于局部特征的区域匹配算法能够适应云团的各类变化,也能够基于特征点分布得到一定的有旋风旋转信息,并且相较于传统算法能够获取更多的风矢量信息。尤其对于高分辨率的卫星图像,在保证一定准确性的同时,能够使计算效率大幅提升。

关键词：云导风局部特征提取模板匹配特征点匹配

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基于加速鲁棒特征图像匹配的云导风计算方法

海洋科学 2022年第9期46卷 64-76页

作者：孔德华张东张卓宋志尧南京师范大学海洋科学与工程学院江苏南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心江苏南京210023 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室江苏南京210023 大规模复杂系统数值模拟江苏省重点实验室江苏南京210023

利用云导风技术结合高分辨率气象卫星遥感数据获取风矢量,在监测台风等极端气象灾害方面具有重要应用。本文提出了一种基于加速鲁棒特征(speeded up robust features,SURF)图像匹配的云导风计算方法,利用SURF算法结合随机抽样一致算法(r... 详细信息

利用云导风技术结合高分辨率气象卫星遥感数据获取风矢量,在监测台风等极端气象灾害方面具有重要应用。本文提出了一种基于加速鲁棒特征(speeded up robust features,SURF)图像匹配的云导风计算方法,利用SURF算法结合随机抽样一致算法(random sample consensus,RANSAC),提取并匹配两景连续时序云图的特征点,计算风矢量,并结合当地大气温度廓线指定云高,经质量控制得到云导风矢量。运用该方法模拟了2018年台风“山竹”的云导风矢量,以美国威斯康星大学气象卫星研究合作所(CIMSS)的大气运动矢量资料进行验证,结果表明:(1)风速和风向的相关系数分别为0.78和0.79,均方根误差分别为4.75 m·s^(-1)和37.64°,平均绝对百分比误差分别为33.49%和22.55%,整体具有良好的模拟精度;(2)与CIMSS资料相比,基于特征点匹配的SURF云导风计算方法在反演密集云区的风矢量有明显优势,可有效提高云区内风矢量的数量,扩大风矢量的空间覆盖范围;(3)图像对比度增强处理对特征点的提取和风矢量的空间分布有重要影响,伽马变换因子γ=5时,能较好地平衡台风外围螺旋云带和中心附近云区的风矢量数量,反映台风风场的整体特征。该方法作为基于尺度不变特征变换的云导风计算方法的改进,可为利用卫星遥感影像数据进行云导风计算提供新的思路。

关键词：加速鲁棒特征算法图像匹配云导风风矢量台风

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利用云导风矢量的台风中心自动定位

气象学报 2003年第5期61卷 636-640页

作者：刘正光喻远飞吴冰刘还珠天津大学电气与自动化工程学院天津300072 国家气象中心北京100081

文中提出了一种利用云导风矢量图进行台风中心自动定位的方法。云导风矢量通过对具有一定时间间隔的两幅相关卫星云图进行模板匹配而得出。模板匹配就是根据已知模式的图像在一幅陌生图像中寻找对应于该模式的子图像的过程。根据气象知... 详细信息

文中提出了一种利用云导风矢量图进行台风中心自动定位的方法。云导风矢量通过对具有一定时间间隔的两幅相关卫星云图进行模板匹配而得出。模板匹配就是根据已知模式的图像在一幅陌生图像中寻找对应于该模式的子图像的过程。根据气象知识 ,台风云系运动的特点是中心平移量大而自旋很弱 ,且台风中心与台风云系整体的移动方向一致 ,因此求出云导风矢量图中与台风整体移动矢量大小和方向一致的矢量集合的最密集区。

关键词：云导风模板匹配数学形态学台风中心定位

基于卫星云图的风矢场(云导风)度量模型与算法探讨

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数学的实践与认识 2013年第15期43卷 123-138页

作者：蒋薇赖宇阳范莹刘吉臻潘志华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206 南方电网科学研究院广东广州510080 华北电力大学电气与电子工程学院北京102206 华北电力大学数理学院北京102206

对通过卫星云图来识别移动云块、计算风矢的问题进行了探讨.采用以点法式平面方程为核心的空间曲面方程组,实现了视场坐标变换;结合相邻帧差、中值滤波、阈值截取三种方法对卫星云图进行预处理,获得了云块分布;建立了滑动搜索图像匹配模... 详细信息

对通过卫星云图来识别移动云块、计算风矢的问题进行了探讨.采用以点法式平面方程为核心的空间曲面方程组,实现了视场坐标变换;结合相邻帧差、中值滤波、阈值截取三种方法对卫星云图进行预处理,获得了云块分布;建立了滑动搜索图像匹配模型,并从数据挖掘以及图像特征的角度出发,设计了基于数据和基于统计参数这两种自适应算法,对匹配窗口大小、搜索范围进行优化;最后,为模型的继续改进提出了建议.

关键词：云导风卫星云图点法式平面方程相邻帧差自适应

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对云导风矢量模型的若干研究

数学的实践与认识 2013年第15期43卷 98-109页

作者：韩江曾龙基杨涛陶小峰崔琪楣仝辉北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876 北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京邮电大学理学院北京100876

云导风矢量是描述示踪云运动的特征表示,可通过对具有一定时间间隔的两幅相关卫星云图分析获得.采用解析几何的方法完成云图内像素点与地球经纬度的对应.针对云图匹配中可能出现的多峰值问题,提出了一种基于交叉相关系数法的改进算法,... 详细信息

云导风矢量是描述示踪云运动的特征表示,可通过对具有一定时间间隔的两幅相关卫星云图分析获得.采用解析几何的方法完成云图内像素点与地球经纬度的对应.针对云图匹配中可能出现的多峰值问题,提出了一种基于交叉相关系数法的改进算法,提高非零风矢的质量.同时提出了自适应调整窗口大小和搜索范围的算法,在保证云迹风场的质量的前提条件下,降低计算复杂度.通过仿真,获得带压强显示的风场分布图.

关键词：云导风模板匹配自适应质量控制交叉相关系数