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光流法在强对流天气临近预报中的应用

北京大学学报（自然科学版） 2008年第5期44卷 751-755页

作者：韩雷王洪庆林隐静北京大学物理学院大气科学系

针对强对流降水的情况,提出了使用光流法计算得到的光流场来代替交叉相关法得到的运动矢量场。与简单的交叉相关法相比,光流法从偏微分方程的角度来求解光流场,在计算过程中使用了严格的约束条件,运用递归法进行求解。试验及评价的结果... 详细信息

针对强对流降水的情况,提出了使用光流法计算得到的光流场来代替交叉相关法得到的运动矢量场。与简单的交叉相关法相比,光流法从偏微分方程的角度来求解光流场,在计算过程中使用了严格的约束条件,运用递归法进行求解。试验及评价的结果表明,对变化较快的强对流降水天气过程,光流法明显优于交叉相关法。

关键词：多普勒雷达交叉相关法光流法临近预报强天气预警

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光流法及其在临近预报中的应用

气象学报 2015年第3期73卷 471-480页

作者：曹春燕陈元昭刘东华李程李辉贺佳佳深圳市气象局广东深圳518040 深圳南方强天气研究重点实验室广东深圳518040 深圳市国家气候观象台广东深圳518040

介绍了一种全新的对流临近预报外推算法——光流法。主要是通过计算雷达回波的光流场得到回波的运动矢量场,并基于运动矢量场对雷达回波进行外推从而达到预报的目的。光流法立足于变化,在计算光流场时既考虑连续时次回波的变化,又考虑... 详细信息

介绍了一种全新的对流临近预报外推算法——光流法。主要是通过计算雷达回波的光流场得到回波的运动矢量场,并基于运动矢量场对雷达回波进行外推从而达到预报的目的。光流法立足于变化,在计算光流场时既考虑连续时次回波的变化,又考虑相邻位置回波的变化。因此,基于该算法的外推临近预报具有一定的物理意义。利用中值滤波等方法对雷达资料进行质量控制,有效地抑制了噪声等的影响。个例对比分析表明:经过中值滤波等质量控制后回波更平滑,边沿更清晰,回波质量明显改善,能够获得比较真实的雷达回波,也得到了方向更加一致、更加平滑的回波运动矢量场。光流法给出的30、60 min内雷达回波的位置、形状的外推预报和对应时次实况较接近,预报结果具有较好的业务指示意义。对光流法和交叉相关法预报结果进行的定量对比评价表明,对移动型局地生成及强度和形状随时间变化很快的回波,光流法预报效果优于交叉相关法。光流法可以弥补传统的交叉相关法的缺陷,能提升对流临近预报系统的性能。

关键词：雷达回波光流法交叉相关法中值滤波临近预报

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不同天气背景下京津冀降水临近外推预报

应用气象学报 2022年第3期33卷 270-281页

作者：王玉虹 Bica Benedikt 河北省气象台石家庄050021 奥地利国家气象局维也纳1190

基于2019—2020年京津冀地区不同天气系统影响下的降水过程,采用交叉相关法和光流法对快速更新多尺度分析和预报综合集成系统(Rapid-refresh Multi-Scale Analysis and Prediction System-Integration,RMAPS_IN)的降水分析产品进行0~2 ... 详细信息

基于2019—2020年京津冀地区不同天气系统影响下的降水过程,采用交叉相关法和光流法对快速更新多尺度分析和预报综合集成系统(Rapid-refresh Multi-Scale Analysis and Prediction System-Integration,RMAPS_IN)的降水分析产品进行0~2 h临近外推预报的批量试验。结果表明:由交叉相关法和光流法计算的两种外推矢量在大小和方向上存在一定差异,直接差异与影响降水的天气系统位置有明显的对应关系,而方向差异受地理位置的影响更明显,台风类降水呈弧形带状分布,低槽冷锋类、低涡类、气旋类、暖切变线类等几类降水均呈西北大东南小的特点;预报效果方面,总体上交叉相关法优于光流法,尤其是预报时效超过30 min以后,各种降水类型的批量检验结果显示交叉相关法的预报评分优于光流法,且预报时效越长、优势越明显,但预报时效为10 min时,光流法在低涡类、台风类、暖切变线类的空报率上优于交叉相关法。此外,基于外推的临近预报方法对京津冀地区台风类降水的预报效果最好,其次为暖切变线类、低涡类、低槽冷锋类、气旋类。

关键词：临近预报交叉相关法光流法 RMAPS_IN

变分回波跟踪算法及其在对流临近预报中的应用试验

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气象学报 2019年第6期77卷 999-1014页

作者：吴剑坤陈明轩秦睿高峰张宇闫雪瑾宋林烨北京城市气象研究院北京100089 广东海洋大学海洋与气象学院湛江524088 河北省气象台石家庄050021

目前业务上0-1 h对流天气临近预报仍旧以客观外推为主,采用不同外推算法,得到雷达回波以及降水的外推临近预报。以业务应用为目标,开展了变分回波跟踪算法在强对流天气临近预报中的应用研究。利用京津冀地区的8部新一代多普勒天气雷达逐... 详细信息

目前业务上0-1 h对流天气临近预报仍旧以客观外推为主,采用不同外推算法,得到雷达回波以及降水的外推临近预报。以业务应用为目标,开展了变分回波跟踪算法在强对流天气临近预报中的应用研究。利用京津冀地区的8部新一代多普勒天气雷达逐6 min雷达组网拼图资料,选取2016-2018年夏季发生在京津冀地区的18个典型对流个例,开展变分回波跟踪算法和交叉相关法的0-1 h临近预报对比试验及检验评估。与传统的交叉相关法相比,变分回波跟踪算法采用变分技术求解雷达回波运动矢量场,在计算中使用两个严格的约束条件,运用迭代法进行求解,其得到的运动矢量场更为准确。结果表明,变分回波跟踪算法优于传统的交叉相关法,得到的30、60 min内雷达回波的形状、位置及强度的外推预报和实况更接近,定量检验评分更高:(1)京津冀地区4次典型对流天气过程临近预报对比试验表明,和交叉相关法相比,变分回波跟踪算法可以更好地预报出未来1 h内雷达回波的位置、形态和强度。(2)通过对18个典型对流个例定量检验,发现当雷达回波强度阈值为35和45 dBz时,无论是30或是60 min外推预报,变分回波跟踪算法的命中率(POD)和临界成功指数(CSI)都明显高于交叉相关法,且虚警率(FAR)更低;分天气类型定量检验发现,绝大多数天气类型,变分回波跟踪算法外推预报效果优于交叉相关法。

关键词：临近预报中值滤波雷达回波变分回波跟踪算法交叉相关法

基于雷达数据的风暴体识别、追踪及预警的研究进展

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气象 2007年第1期33卷 3-10页

作者：韩雷王洪庆谭晓光林隐静北京大学物理学院大气科学系北京100871 中国气象局北京城市气象研究所

基于雷达数据的风暴体识别、追踪及预警方法是最早出现的临近预报技术,也是天气雷达系统和强天气预警业务的基本组成部分。风暴体识别、追踪及预警方法可以分为三大类:持续性预报法、交叉相关法和单体质心法,它们都属于外推预报法。其中... 详细信息

基于雷达数据的风暴体识别、追踪及预警方法是最早出现的临近预报技术,也是天气雷达系统和强天气预警业务的基本组成部分。风暴体识别、追踪及预警方法可以分为三大类:持续性预报法、交叉相关法和单体质心法,它们都属于外推预报法。其中,持续性预报法目前已经被后两者取代。首先较详细地介绍了交叉相关法和单体质心法的研究历史和主要算法,然后集中介绍了近几年来在外推预报基础上发展起来的一些新方法。最后,结合悉尼奥运会期间的FDP项目,讨论了临近预报技术的检验和准确性评价,重点介绍了列联表方法。

关键词：风暴体临近预报交叉相关法单体质心法

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交叉相关ISAR快速包络对齐方法

现代防御技术 2017年第3期45卷 111-117页

作者：闫雅琼贺志毅中国航天科工集团第二研究院北京100854 北京遥感设备研究所北京100854

逆合成孔径雷达成像(ISAR)的第1步是运动补偿,而包络对齐是运动补偿的第一步,决定了ISAR系统相位补偿,方位向定标等后续处理的精度,因此对于运动补偿非常关键。现有的包络对齐方法,大都基于相邻包络的相关法,容易产生漂移误差,突跳误差... 详细信息

逆合成孔径雷达成像(ISAR)的第1步是运动补偿,而包络对齐是运动补偿的第一步,决定了ISAR系统相位补偿,方位向定标等后续处理的精度,因此对于运动补偿非常关键。现有的包络对齐方法,大都基于相邻包络的相关法,容易产生漂移误差,突跳误差和积累误差,影响包络对齐的精度。分析了这3种误差出现的原因,提出了采用交叉相关的包络对齐方法,该方法在不增加运算量的情况下,消除了这3种误差,仿真实验证明了该方法简单有效适合工程应用。

关键词：交叉相关法包络对齐漂移误差突跳误差积累误差运动补偿 ISAR成像

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利用FY-2E红外和水汽波段对强对流云团的识别和演变研究

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大气科学学报 2018年第1期41卷 135-144页

作者：肖笑魏鸣南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044

使用FY-2E静止气象卫星的红外1(10.3~11.3μm)和水汽波段(6.3~7.6μm)时序图像,对强对流云进行识别和短时预测。亮温阈值法是将强对流云和其他高云区分开的常用方法,但是合适的亮温阈值是随着时间和空间而变化的,过高的阈值会将许多卷... 详细信息

使用FY-2E静止气象卫星的红外1(10.3~11.3μm)和水汽波段(6.3~7.6μm)时序图像,对强对流云进行识别和短时预测。亮温阈值法是将强对流云和其他高云区分开的常用方法,但是合适的亮温阈值是随着时间和空间而变化的,过高的阈值会将许多卷云包括进来,太低的阈值会排除掉云顶发展还不是很高的强对流云。水汽波段所在的位置是水汽的一个强吸收带,而高度在400 h Pa上下的大气层是水汽波段的一个强吸收层,大气在垂直方向上的对水汽波段辐射吸收的分布模式使得卫星接收到的水汽波段辐射主要来自于400 h Pa以上的大气中高层,而卫星接收到的红外波段辐射主要来自于大气中低层,两个波段间辐射来源的差异使得不同光学厚度的高云的辐射观测值在红外—水汽光谱空间中的分布具有明显差别,并且这种差异具有时空的稳定性。本文将一定范围内的云团的象元测值在红外—水汽光谱空间中的分布的拟合直线斜率作为强对流云识别的依据,结果表明相对于亮温阈值法,本文的识别方法不仅能够较好地区别卷云和强对流云,同时也能更有效地识别未达到旺盛阶段的对流云。在对强对流云进行识别后,根据相邻时间段的卫星图像,利用交叉相关法反演得到强对流云团顶部的位移矢量场,并根据后向轨迹法对强对流云团位置形状进行短时预测,预报结果在短时间内(0~1 h)较好,并且对面积较大的云团的预报效果要优于较小的对流云团。此外文中还利用逐半小时的云顶黑体温度(Temperature of Black Body,TBB)资料分析了云顶亮温的分布变化,得到了整个强对流过程的演变特征。

关键词： FY-2E 强对流云水汽波段云顶黑体温度交叉相关法

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多普勒雷达风场资料在临近预报中的应用

大气科学学报 2015年第4期38卷 483-491页

作者：刘红艳魏鸣管理南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室江苏南京210044 江苏省气象科学研究所南京气象雷达开放实验室江苏南京210009

为了研究对流单体移动的运动学和动力学特征,本文综合应用多普勒雷达反射率因子资料和径向速度资料进行雷达回波的外推预报。采用速度方位显示方法（Velocity Azimuth Display,VAD）和交叉相关法（Tracking Radar Echoes by Correlation... 详细信息

为了研究对流单体移动的运动学和动力学特征,本文综合应用多普勒雷达反射率因子资料和径向速度资料进行雷达回波的外推预报。采用速度方位显示方法（Velocity Azimuth Display,VAD）和交叉相关法（Tracking Radar Echoes by Correlation,TREC）,分别得到设定的8个高度的水平风场,并作为回波的引导风,对相应高度的等高平面位置显示（Constant Altitude Plan Position Indicating,CAPPI）反射率因子进行外推。通过两次降水过程分析比较两种方法的外推结果,表明用这两种方法获得的未来60 min内的回波位置与回波实况较吻合;二者在某些高度上预报的评分接近。从两个个例的外推试验发现,预报效果最好的高度层与实际天气过程有关,关键是与降水回波中水平风的垂直分布有关,而不仅仅限于2.5-3.0 km高度。

关键词：多普勒速度 VAD 交叉相关法 CAPPI 回波外推

利用多普勒雷达资料作站点雨量及面雨量临近预报

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气象科学 2008年第3期28卷 322-327页

作者：王艳兰唐伍斌周文志汤达章薛荣康桂林市气象局广西桂林541001 南京信息工程大学南京210044

通过对近两年收集的降水过程的雷达回波资料进行统计分析，得到本地区主要降水过程类型及其回波演变特征；利用反射率因子的基数据和风廓线产品数据等资料，运用交叉相关法计算区域速度、读取风廓线得到环境风速度，自动判别降水回波类... 详细信息

通过对近两年收集的降水过程的雷达回波资料进行统计分析，得到本地区主要降水过程类型及其回波演变特征；利用反射率因子的基数据和风廓线产品数据等资料，运用交叉相关法计算区域速度、读取风廓线得到环境风速度，自动判别降水回波类型、识别回波整体及单体移动速度；应用本地实时的dBz-I关系及线性外推法计算未来1～2h站点降水量及面雨量，实现降水临近预报自动化；应用自动站雨量资料及雷达联合自动站资料所作的雨强实时分析场对1h站点雨量预报及区域雨量预报进行初步检验，1～24．9mm和≥25mm以上站点预报的平均相对误差分别为58％、33％；区域雨量预报的雨区范围及中心分布与实况具有较好的一致性；2h降水预报在回波较稳定时，仍有较好的预报效果。

关键词：多普勒雷达交叉相关法风廓线定量降水临近预报