中气旋识别及强度判断方法技术

本发明专利技术属于气象分析的技术领域。为了解决现有中气旋识别的方法过程复杂的问题，本发明专利技术提出一种中气旋识别及强度判断方法，该方法包括获取雷达站点的位置信息及径向风数据；在雷达径向风速图上选取样本点，然后求所述选取的样本点的径向风速与所述选取的样本点的cosθ值的相关系数，将该相关系数记为a；从选取的样本点中选出最小的径向风速Vmin，然后计算|Vmin|/V风,将计算结果记为b，从选取的样本点中选出最大的径向风速Vmax，然后计算Vmax/V风,将计算结果记为c；计算中气旋指数E，该E＝a·b·c；按照上述步骤遍历雷达径向风速图上的所有点。本发明专利技术简化了中气旋识别的过程，提高了中气旋识别的效率，而且能够判断出中气旋的强度。

【技术实现步骤摘要】
中气旋识别及强度判断方法
本专利技术属于气象分析的
，具体涉及一种中气旋识别及强度判断方法。
技术介绍
气旋(cyclone)是指北(南)半球，大气中水平气流呈逆(顺)时针旋转的大型涡旋。气旋近似于圆形或椭圆形，大小悬殊，有的气旋的水平尺度(直径)为几公里，有的气旋的水平尺度为几百公里，而有的气旋的水平尺度为三、四千公里。中气旋的直径通常最大为10千米，它能生成多达60个旋风。典型的中气旋是具有强烈上升气流和下沉气流的(积雨)云，这种云垂直伸展较高，如高耸陡山，顶部可呈砧或鬃状，底部较暗，时有悬球状结构。中气旋常常造成龙卷、冰雹、雷雨大风等灾害性天气，统计表明，产生龙卷的中气旋占中气旋总数的20％左右，特别是对于中等强度以上的中气旋，如果其底部到地面的距离小于1千米，则龙卷产生的概率达40％以上。中气旋基本只出现在4—8月份，其中7月份出现的次数最多，它的生命史较短，大多数都在半个小时以内。中气旋造成的龙卷、冰雹、雷雨大风等灾害性天气，会给人们带来巨大的经济损失，会严重威胁人们的生命安全。因为中气旋常常造成龙卷、冰雹、雷雨大风等灾害性天气，所以识别中气旋具有十分重要的意义，如果识别出某地出现了中气旋，那么中气旋的出现对该地是否发生雷雨大风、龙卷、局地强降水或冰雹等灾害性天气有较好的先兆性和指示意义。雷雨大风、龙卷、局地强降水或冰雹等灾害性天气的提前预报，可以使人们提前做好预防，以减少灾害性天气可能带来的损失。申请号为201210065116.4的专利申请公布了一种基于多普勒天气雷达回波图形的中气旋识别方法，该方法包括通过对0.5度、1.5度和2.4度仰角反射率图进行滤波处理得到预处理后的有效区域图像，通过径向速度图对有效区域信息的融合确定径向速度图上的有效搜索范围，通过区域生长法在有效搜索范围内筛选出中气旋反映在径向速度图上的重要元素-正、负速度中心区域，借助速度中心区域取值的分布直方图以及距离、角度、径向速度差准则完成所有速度对的配置，其中，每一个速度对由一个正速度中心和一个副速度中心构成，得到速度对集合，通过速度对简约、蓝金模式准则、厚度准则剔除速度对集合中的伪速度对，识别出中气旋。上述基于多普勒天气雷达回波图形的中气旋识别方法步骤较多，需要对仰角反射率图进行滤波处理，需要使用区域生长法、速度对简约、蓝金模式准则和厚度准则，过程复杂，而且只能识别出中气旋不能判断中气旋的强度。
技术实现思路
为了解决现有中气旋识别的方法过程复杂的问题，本专利技术提出一种中气旋识别及强度判断方法，以简化中气旋识别的过程，提高中气旋识别的效率，同时在识别中气旋的过程中判断出中气旋的强度。本专利技术中气旋识别及强度判断方法包括以下步骤：(1)获取雷达站点的位置信息及雷达径向风速图上每个像素点的径向风数据；(2)在所述雷达径向风速图上选取一点，以该点为圆心以R为半径确定一个圆，其中，所述R的取值分别为1Km、2Km、3Km、4Km和5Km，在该圆上选取至少两个样本点，该样本点的径向风速与切向风速的夹角为θ，分别计算每个样本点的径向风速与切向风速的夹角θ的cosθ值；求所述选取的样本点的径向风速与所述选取的样本点的cosθ值的相关系数，将该相关系数记为a，其中所述相关系数为皮尔逊积矩相关系数；所述R取不同的值时，若所得的任意一个a大于0,则该点处存在中气旋，且中气旋的半径为选取的R的值；若所有a均小于等于0,则该点处不存在中气旋，需要在所述雷达径向风速图上另外选取一点重新执行本步骤；(3)从所述步骤(2)中选取的样本点中选出最小的径向风速Vmin，然后计算|Vmin|/V风,将计算结果记为b，其中，|Vmin|是指Vmin的绝对值，当R＝1Km时，V风＝3-6m/s，当R＝2Km时，V风＝7-10m/s，当R＝3Km时，V风＝11-14m/s，当R＝4Km时，V风＝15-18m/s，当R＝5Km时，V风＝19-23m/s，若|Vmin|大于等于V风，则b的值取1，若|Vmin|小于V风，则b的值就为|Vmin|/V风的值；(4)从所述步骤(2)中选取的样本点中选出最大的径向风速Vmax，然后计算Vmax/V风,将计算结果记为c，其中，当R＝1Km时，V风＝3-6m/s，当R＝2Km时，V风＝7-10m/s，当R＝3Km时，V风＝11-14m/s，当R＝4Km时，V风＝15-18m/s，当R＝5Km时，V风＝19-23m/s，若Vmax大于等于V风，则c的值取1，若Vmax小于V风，则c的值为Vmax/V风的值；(5)设定中气旋指数E，该E＝a·b·c，其中相关系数a由所述步骤(2)得出，b由所述步骤(3)得出，c由所述步骤(4)得出；计算所述中气旋指数E的值，若所述中气旋指数E的值越接近于1，则中气旋强度越强，若所述中气旋指数E的值越接近于0，则中气旋强度越弱；(6)按照所述步骤(2)-所述步骤(5)遍历所述雷达径向风速图上的所有点。其中，所述步骤(5)还包括增大所述a的权重。其中，所述增大所述a的权重的方法为将所述a开n次方，其中，2≤n≤5。其中，所述增大所述a的权重的方法为将所述a乘以1.2-1.5之间的数。其中，所述步骤(2)中在雷达径向风速图上仅选取径向风速在2-5m/s或负2-负5m/s的点。其中，所述步骤(2)中在所述圆上每间隔10度选取一个样本点。其中，所述步骤(1)还包括对获取的径向风数据进行双线性插值或立方体插值。本专利技术中气旋识别及强度判断方法具有如下的有益效果：本专利技术中气旋识别及强度判断方法首先选取样本点，分别计算选取的每一个样本点的径向风速与切向风速的夹角的余弦值，然后计算该余弦值与选取的样本点的径向风速的相关系数，根据该相关系数的大小判断是否有中气旋，即完成中气旋的识别；整个中气旋的识别过程步骤少，而且主要计算的内容仅为样本点的径向风速与切向风速的夹角的余弦值、该余弦值与选取的样本点的径向风速的相关系数，计算量小，从而简化了中气旋识别的过程，提高了中气旋识别的效率。本专利技术中气旋识别及强度判断方法还提出了中气旋指数的概念，并给出了中气旋指数的具体计算方法，通过中气旋指数的大小判断中气旋的强度。本专利技术不仅能够在雷达径向风速图上识别出中气旋，还能够对识别出的中气旋的强度进行判断，这样人们就能够对强度更强的中气旋更加重点关注，以做好预防工作，减小灾害性天气带来的损失，因为中气旋越强形成灾害性天气的可能性就越大，且形成的灾害性天气的破坏力也越大。本专利技术对于中气旋的提前预测和对由中气旋形成的灾害性天气的分析都有很重要的意义。附图说明图1为本专利技术中气旋识别及强度判断方法的原理示意图；图2为本专利技术中气旋识别及强度判断方法中计算的样本点的径向风速与切向风速的夹角的余弦值的示意图。具体实施方式下面结合附图介绍本专利技术的技术方案。中气旋识别及强度判断方法包括以下步骤：(1)获取雷达站点的位置信息及径向风数据。雷达站点的位置信息也就是雷达站点的经纬度信息。径向风数据是指雷达径向风速图上每个像素点的径向风速，该径向风速是由雷达测得的。优选地，本步骤还包括对获取的径向风数据进行双线性插值或立方体插值处理，因为雷达测得的径向风速是一层一层的，对于两层之间的空间是没有径向风数据的，通过双线性插值或立方体插值的算法能够在两层之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中气旋识别及强度判断方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取雷达站点的位置信息及雷达径向风速图上每个像素点的径向风数据；(2)在所述雷达径向风速图上选取一点，以该点为圆心以R为半径确定一个圆，其中，所述R的取值分别为1Km、2Km、3Km、4Km和5Km，在该圆上选取至少两个样本点，该样本点的径向风速与切向风速的夹角为θ，分别计算每个样本点的径向风速与切向风速的夹角θ的cosθ值；求所述选取的样本点的径向风速与所述选取的样本点的cosθ值的相关系数，将该相关系数记为a，其中所述相关系数为皮尔逊积矩相关系数；所述R取不同的值时，若所得的任意一个a大于0,则该点处存在中气旋，且中气旋的半径为选取的R的值；若所有a均小于等于0,则该点处不存在中气旋，需要在所述雷达径向风速图上另外选取一点重新执行本步骤；(3)从所述步骤(2)中选取的样本点中选出最小的径向风速Vmin，然后计算|Vmin|/V风,将计算结果记为b，其中，|Vmin|是指Vmin的绝对值，当R＝1Km时，V风＝3‑6m/s，当R＝2Km时，V风＝7‑10m/s，当R＝3Km时，V风＝11‑14m/s，当R＝4Km时，V风＝15‑18m/s，当R＝5Km时，V风＝19‑23m/s，若|Vmin|大于等于V风，则b的值取1，若|Vmin|小于V风，则b的值就为|Vmin|/V风的值；(4)从所述步骤(2)中选取的样本点中选出最大的径向风速Vmax，然后计算Vmax/V风,将计算结果记为c，其中，当R＝1Km时，V风＝3‑6m/s，当R＝2Km时，V风＝7‑10m/s，当R＝3Km时，V风＝11‑14m/s，当R＝4Km时，V风＝15‑18m/s，当R＝5Km时，V风＝19‑23m/s，若Vmax大于等于V风，则c的值取1，若Vmax小于V风，则c的值为Vmax/V风的值；(5)设定中气旋指数E，该E＝a·b·c，其中相关系数a由所述步骤(2)得出，b由所述步骤(3)得出，c由所述步骤(4)得出；计算所述中气旋指数E的值，若所述中气旋指数E的值越接近于1，则中气旋强度越强，若所述中气旋指数E的值越接近于0，则中气旋强度越弱；(6)按照所述步骤(2)‑所述步骤(5)遍历所述雷达径向风速图上的所有点。...

【技术特征摘要】
1.一种中气旋识别及强度判断方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取雷达站点的位置信息及雷达径向风速图上每个像素点的径向风数据；(2)在所述雷达径向风速图上选取一点，以该点为圆心以R为半径确定一个圆，其中，所述R的取值分别为1Km、2Km、3Km、4Km和5Km，在该圆上选取至少两个样本点，该样本点的径向风速与切向风速的夹角为θ，分别计算每个样本点的径向风速与切向风速的夹角θ的cosθ值；求所述选取的样本点的径向风速与所述选取的样本点的cosθ值的相关系数，将该相关系数记为a，其中所述相关系数为皮尔逊积矩相关系数；所述R取不同的值时，若所得的任意一个a大于0,则该点处存在中气旋，且中气旋的半径为选取的R的值；若所有a均小于等于0,则该点处不存在中气旋，需要在所述雷达径向风速图上另外选取一点重新执行本步骤；(3)从所述步骤(2)中选取的样本点中选出最小的径向风速Vmin，然后计算|Vmin|/V风,将计算结果记为b，其中，|Vmin|是指Vmin的绝对值，当R＝1Km时，V风选取3-6m/s之间的任意一个数值，当R＝2Km时，V风选取7-10m/s之间的任意一个数值，当R＝3Km时，V风选取11-14m/s之间的任意一个数值，当R＝4Km时，V风选取15-18m/s之间的任意一个数值，当R＝5Km时，V风选取19-23m/s之间的任意一个数值，若|Vmin|大于等于V风，则b的值取1，若|Vmin|小于V风，则b的值就为|Vmin|/V风的值；(4)从所述步骤(2)中选取的样本点中选出最大的径向风速Vmax，然后计算Vmax/V风,将计算结果记为c，其中，当R＝1Km时，V风选取3-6m/s之间的任意一个数值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘年庆，孙健，何险峰，高金兵，胡俊楠，张国平，惠建忠，
申请(专利权)人：中国气象局公共气象服务中心，
类型：发明
国别省市：北京;11