基于多通道衛(wèi)星云圖的對流啟動監(jiān)測
發(fā)布時間：2020-08-31 18:01
對流是災害性天氣發(fā)生的先兆。因此,對流啟動的監(jiān)測是氣象部門臨近預報非常關注的內容。近年來,隨著衛(wèi)星遙感技術的發(fā)展,衛(wèi)星的時間分辨率和空間分辨率都有了較大的提高,目前我國已經(jīng)發(fā)射了FY-2氣象衛(wèi)星,并且計劃于2015～2016年期間發(fā)射FY-4高分衛(wèi)星,這為對流啟動更加準確的監(jiān)測提供了良好的硬件支持。本文首先根據(jù)我國FY-2氣象衛(wèi)星提供的多通道數(shù)據(jù),開發(fā)了一款便于觀測和分析對流啟動時各通道數(shù)據(jù)變化的衛(wèi)星數(shù)據(jù)的快速采樣軟件,并根據(jù)統(tǒng)計和分析提出合理的對流啟動判識條件和閾值。其次,利用基于形態(tài)學的擴展極大值變換法檢測對流核,在此基礎上,針對初生對流、快速發(fā)展對流、過沖云頂和臺風4種典型的對流活動,提出了相應的檢測方法：用云頂降溫的多通道判識檢測對流初生；采用綜合跟蹤方法與云頂降溫率判識的方法檢測快速發(fā)展對流；根據(jù)過沖云頂?shù)奈锢硖匦詫ζ溥M行檢測；用密度矩陣與亮溫修正相結合的方法檢測臺風中心位置。最后,采用基于E-TITAN (Enhanced Thunderstorm Identification, Tracking, Analysis and Nowcasting)算法跟蹤對流核,利用ForTraCC (Forecast and Tracking the Evolution of Cloud Clusters)方法預測對流核的運動,并在FY-2氣象衛(wèi)星2013～2014年的數(shù)據(jù)集上實驗驗證了上述檢測方法。實驗結果表明：本文針對不同的對流活動的檢測方法具有較高的準確性,并有較好的跟蹤和預測效果；實驗結果得到了國家衛(wèi)星氣象中心專家的認可,能夠為氣象預報業(yè)務提供良好的支持。
【學位單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：P412.27
【部分圖文】：
的溫度等值線間隔，取值為ｒｃ；邋（４）」ｒｔ。ｖｖｅｒ為對流體極值檢測必須達到的最小溫度差，逡逑一般取值為３°Ｃ；邋（５＞４ｍｍ為對流體判識的最小面積閾值，在紅外通道衛(wèi)星云圖上一般取逡逑一個像元大小。對流體必須滿足上述５個條件。因此，圖１．１中共有３個對流體能被檢逡逑測到，分別是Ｔｏｗｅｒ＃ｌ、Ｔｏｗｅｒ＃２＋Ｔｏｗｅｒ＃３和Ｔｏｗｅｒ＃邋４。可以發(fā)現(xiàn)，Ｔｏｗｅｒ＃邋２由于不滿逡逑足ｚｆＦｔｏｗＣＴ的閾值條件，被認為與Ｔｏｗｅｒ＃３屬于同一個對流體。逡逑Ｊ邋＿Ｌ邐？邐邐／ｃｆｔｆｊｉｉｆｆ逡逑了ｏｗｃｒｉｉｌ邐一品度＿濟逡逑Ｔｏｗｅｒｓ？邋３逡逑／邋＼邋＼逡逑／邋、邋＼；產(chǎn)、＼逡逑ｆ邐＼邐ｙｒ邐？？？？＊邐、逡逑／邋１１邋丨”‘丨”邐邐丨丨上邋Ｚ邋丨邋ｎ，ｉ■酬１１．１１邋ｉｎｎ邐＿叐丨＿N＿＿丨，丨一零■＿、、Ｊ邐ｔｔ邋４逡逑圖１．１邋ＲＤＴ對流判識算法示意圖逡逑另一個較為成熟的對流體檢測算法為美國ＧＯＥＳ－Ｒ衛(wèi)星的ＣＩ產(chǎn)品［胃４Ｇ］。該產(chǎn)品以逡逑云類型產(chǎn)品為基礎，即選取水云、過冷水云和混合云作為判識目標，以上述的云分類為逡逑基礎，對分割的對流體進行極值檢測和面積檢測，得到最后的目標對流體。圖１．２為云逡逑分類產(chǎn)品。逡逑５逡逑
所以在衛(wèi)星云圖上可以觀察到明顯的風眼，而無眼臺風雖然中心溫度較低，但是由逡逑于冷云的遮蓋等原因并不能憑肉眼觀測到其中心，因此無眼臺風的中心定位難度較大。逡逑圖２．１９（ａ）為有眼臺風，２．１０（ｂ）為無眼臺風�？偟膩碚f，對于大部分的臺風，中心亮溫值逡逑較高，周圍云墻亮溫值具有極高的對稱性，且云帶具有極強的螺旋性。這些特征都能夠逡逑幫助我們檢測臺風中心位置。逡逑ｆｃ．．攻邐ｊＪｌｉｍ逡逑（ａ）有眼臺風邐（ｂ）無眼臺風逡逑圖２．１０紅外通道衛(wèi)星云圖上的有眼臺風和無眼臺風逡逑２．５本章小結逡逑本章首先對我國ＦＹ－２衛(wèi)星和其多通道的數(shù)據(jù)進行了說明和分析，在此基礎上，利用逡逑ＶＣ＋＋６．０開發(fā)了一款衛(wèi)星數(shù)據(jù)懫樣軟件以方便對對流變化期間的各通道數(shù)據(jù)進行分析逡逑和記錄，從而確定合理的對流啟動的判識條件和閾值。最后根據(jù)采樣的結果，對對流初逡逑生、快速發(fā)展對流、過沖云頂和臺風這４中典型的對流活動的特點進行了分析，為更精逡逑確地監(jiān)測這些對流活動奠定了基礎。逡逑２０逡逑
亮溫閾值太高時，檢測到的對流核會相連或者包含周圍的冷云；亮溫閾值太逡逑低時，無法完整地檢測到整個對流核。因此，單一的閾值分割方法不能精確地對每個平逡逑均亮溫值不同的對流核進行分割。如圖３．１（ｃ）和圖３．２（ｃ）的單一閾值檢測結果所示，由于逡逑亮溫閾值過高，對流核并沒有被分割精確。逡逑（ａ）邋ＩＲ１通道灰度圖邐（ｂ）邋ＩＲ１通道亮溫圖逡逑（Ｃ）單一閾值的檢測結果邐（ｄ）理想的分割結果逡逑圖３．１對流核的單閾值檢測結果逡逑２１逡逑
本文編號：2809148
【學位單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：P412.27
【部分圖文】：
的溫度等值線間隔，取值為ｒｃ；邋（４）」ｒｔ。ｖｖｅｒ為對流體極值檢測必須達到的最小溫度差，逡逑一般取值為３°Ｃ；邋（５＞４ｍｍ為對流體判識的最小面積閾值，在紅外通道衛(wèi)星云圖上一般取逡逑一個像元大小。對流體必須滿足上述５個條件。因此，圖１．１中共有３個對流體能被檢逡逑測到，分別是Ｔｏｗｅｒ＃ｌ、Ｔｏｗｅｒ＃２＋Ｔｏｗｅｒ＃３和Ｔｏｗｅｒ＃邋４。可以發(fā)現(xiàn)，Ｔｏｗｅｒ＃邋２由于不滿逡逑足ｚｆＦｔｏｗＣＴ的閾值條件，被認為與Ｔｏｗｅｒ＃３屬于同一個對流體。逡逑Ｊ邋＿Ｌ邐？邐邐／ｃｆｔｆｊｉｉｆｆ逡逑了ｏｗｃｒｉｉｌ邐一品度＿濟逡逑Ｔｏｗｅｒｓ？邋３逡逑／邋＼邋＼逡逑／邋、邋＼；產(chǎn)、＼逡逑ｆ邐＼邐ｙｒ邐？？？？＊邐、逡逑／邋１１邋丨”‘丨”邐邐丨丨上邋Ｚ邋丨邋ｎ，ｉ■酬１１．１１邋ｉｎｎ邐＿叐丨＿N＿＿丨，丨一零■＿、、Ｊ邐ｔｔ邋４逡逑圖１．１邋ＲＤＴ對流判識算法示意圖逡逑另一個較為成熟的對流體檢測算法為美國ＧＯＥＳ－Ｒ衛(wèi)星的ＣＩ產(chǎn)品［胃４Ｇ］。該產(chǎn)品以逡逑云類型產(chǎn)品為基礎，即選取水云、過冷水云和混合云作為判識目標，以上述的云分類為逡逑基礎，對分割的對流體進行極值檢測和面積檢測，得到最后的目標對流體。圖１．２為云逡逑分類產(chǎn)品。逡逑５逡逑
所以在衛(wèi)星云圖上可以觀察到明顯的風眼，而無眼臺風雖然中心溫度較低，但是由逡逑于冷云的遮蓋等原因并不能憑肉眼觀測到其中心，因此無眼臺風的中心定位難度較大。逡逑圖２．１９（ａ）為有眼臺風，２．１０（ｂ）為無眼臺風�？偟膩碚f，對于大部分的臺風，中心亮溫值逡逑較高，周圍云墻亮溫值具有極高的對稱性，且云帶具有極強的螺旋性。這些特征都能夠逡逑幫助我們檢測臺風中心位置。逡逑ｆｃ．．攻邐ｊＪｌｉｍ逡逑（ａ）有眼臺風邐（ｂ）無眼臺風逡逑圖２．１０紅外通道衛(wèi)星云圖上的有眼臺風和無眼臺風逡逑２．５本章小結逡逑本章首先對我國ＦＹ－２衛(wèi)星和其多通道的數(shù)據(jù)進行了說明和分析，在此基礎上，利用逡逑ＶＣ＋＋６．０開發(fā)了一款衛(wèi)星數(shù)據(jù)懫樣軟件以方便對對流變化期間的各通道數(shù)據(jù)進行分析逡逑和記錄，從而確定合理的對流啟動的判識條件和閾值。最后根據(jù)采樣的結果，對對流初逡逑生、快速發(fā)展對流、過沖云頂和臺風這４中典型的對流活動的特點進行了分析，為更精逡逑確地監(jiān)測這些對流活動奠定了基礎。逡逑２０逡逑
亮溫閾值太高時，檢測到的對流核會相連或者包含周圍的冷云；亮溫閾值太逡逑低時，無法完整地檢測到整個對流核。因此，單一的閾值分割方法不能精確地對每個平逡逑均亮溫值不同的對流核進行分割。如圖３．１（ｃ）和圖３．２（ｃ）的單一閾值檢測結果所示，由于逡逑亮溫閾值過高，對流核并沒有被分割精確。逡逑（ａ）邋ＩＲ１通道灰度圖邐（ｂ）邋ＩＲ１通道亮溫圖逡逑（Ｃ）單一閾值的檢測結果邐（ｄ）理想的分割結果逡逑圖３．１對流核的單閾值檢測結果逡逑２１逡逑
【參考文獻】
相關期刊論文 前2條
1 宋娟;黃勇;馮妍;;基于相關匹配與面積重疊度的對流云跟蹤方法[J];計算機工程;2011年S1期
2 王彥;于莉莉;李艷偉;朱男男;高留喜;;邊界層輻合線對強對流系統(tǒng)形成和發(fā)展的作用[J];應用氣象學報;2011年06期
本文編號：2809148
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