一种自动识别西南低涡的方法技术

本发明专利技术提供了一种自动识别西南低涡的方法，属于天气技术领域。本发明专利技术利用位势高度场数据，首先设置参数，接着对格点进行色域空间投影处理，对不同层级的数据点赋予不同颜色的色阶，再对西南低涡进行识别，最后对西南低涡进行要素统计，即获得西南低涡的位置。本发明专利技术通过以上设计，在高空等压面中自动识别西南低涡，利用数字图像方法对西南低涡的关键特征进行分析，避免使用等值线方法的欠缺和不足，提高分析效率，为中国西南及东部经济最发达、人口最密集区域的防灾减灾工作做出贡献。

【技术实现步骤摘要】
一种自动识别西南低涡的方法
本专利技术属于天气
，尤其涉及一种自动识别西南低涡的方法。
技术介绍
西南低涡是在青藏高原特殊环境和一定环流条件下，发生于我国西南地区700hPa或850hPa等压面上具有气旋性环流的闭合小低压。其直径一般在300～500km。西南低涡在位势高度场闭合等值线的低值区域中存在一组或至少一条等值线，数值外高内低。在该区域中，最内圈等值线内为核心区域，最外圈的等值线往往表示西南低涡的范围。气象业务工作中通常利用位势高度场分析来判断高空中的低涡。西南低涡在影响我国降水的天气系统中，占有相当重要的地位。就西南低涡所造成的暴雨天气的强度、频数和范围而言，仅次于台风，许多我国历史上罕见的特大洪涝灾害，都与西南低涡活动密切相关。西南低涡在源地时，可以产生一些阴雨天气。当西南低涡向东移出源地时，往往发展并与下游天气系统如江淮切变相结合，常为下游经济发达地区(如：重庆、湖北、江苏、浙江、上海等)带来强降水天气，造成严重的洪涝灾害和重大损失。所以准确识别西南低涡，对于我国天气分析、诊断和预报具有重要的意义。直到现在，气象业务中分析西南低涡依然通过人机交互的方式，由预报人员根据自身经验进行手工操作，存在因人而异的主观性强、分析效率低等一系列相关弊端。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种自动识别西南低涡的方法，能在高空等压面中自动识别西南低涡，利用数字图像方法对西南低涡的关键特征进行分析，避免使用等值线方法的欠缺和不足，提高分析效率，为中国西南及东部经济最发达、人口最密集区域的防灾减灾工作做出贡献。为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：本方案提供一种自动识别西南低涡的方法，包括以下步骤：S1、读取位势高度场数据；S2、根据所述位势高度场数据分别设置梯度间隔、西南低涡的识别区域以及辅助识别区域，并遍历识别区域分别找到最小和最大位势高度值，并根据所述梯度间隔对最小和最大位势高度值进行取整处理；S3、遍历识别区域和辅助识别区域内所有的数据点，并根据不同的数据点生成n个位势高度层级，并对同一层级的数据点赋予相同的色阶；S4、判断识别区域内的位势高度层级n是否大于1，若是，则为多个位势高度层级，存在西南低涡，并进入步骤S5，否则，为1个位势高度层级，不存在西南低涡，完成对西南低涡的自动识别；S5、在识别区别中将小于色阶最大值Cmax的数据点作为识别目标Ctarget；S6、对多个西南低涡进行区分，并消除高原涡；S7、根据区分结果，在识别区域中针对色阶判断识别目标Ctarget是否存在于识别区域边界上，若是，则所述识别目标为闭合西南低涡，并进入步骤S9，否则，进入步骤S8；S8、统计所述西南低涡中位于识别区域和辅助识别区域中的数据点个数Nin与Nout，并判断Nout与Nin的比值P是否小于阈值，若是，则所述识别目标为闭合西南低涡，并进入步骤S9，否则，所述识别目标为非西南低涡，完成对西南低涡的自动识别，其中，Nin表示位于识别区域的数据点个数，Nout表示位于辅助识别区域的数据点个数；S9、利用地图放大系数计算得到西南低涡的面积，并剔除面积小于阈值的西南低涡；S10、根据经剔除后的西南低涡面积，在每个西南低涡中找到位势高度最低点，将其作为西南低涡的几何中心，并由所述低涡几何中心判断西南低涡的源地，完成对西南低涡的自动识别。进一步地，所述步骤S2中对最小和最大位势高度值进行取整处理的表达式如下：其中，hmin表示最小位势高度值，Math.floor(·)表示向下取整，Math.ceil(·)表示向上取整，hmax表示最大位势高度值，interval表示梯度间隔。再进一步地，所述步骤S3中生成n个位势高度层级的表达式如下：n＝(hmax-hmin)/interval其中，n表示位势高度层级的数量，hmax表示最大位势高度值，hmin表示最小位势高度值，interval表示梯度间隔。再进一步地，所述步骤S3中色阶的表达式如下：其中，C[i,j]表示每个数据点的色阶，h[i,j]表示位势高度场数据，Math.floor(·)表示向下取整，hmin表示最小位势高度值。再进一步地，所述步骤S6包括以下步骤：S601、遍历识别区域和辅助识别区域中的数据点，记num用于记录西南低涡的编号，并令num＝1，记T[i,j]为用于判断每个数据点是否已被分析的判断值，判断每个数据点是否已被分析，同时标识数据点所属西南低涡的编号，并令识别区域和辅助识别区域的初始判断值T[i,j]＝0；S602、选取西南低涡数据点集中最西边的数据点[iwest,jwest]，并令作为起始点传播西南低涡编号num，其中，表示最西边数据点的判断值；S603、将西南低涡编号num传播至西南低涡的每个数据点，并以的数据点为中心，判断相邻点是否有C[i,j]＝Ctarget∧T[i,j]＝0，若是，则令周围相邻的数据点的T[i,j]＝num，并重复步骤S603直至T[i,j]的总数不再增加为止，并进入步骤S604，否则，跳过该数据点，并进入步骤S604，其中，C[i,j]表示色阶，T[i,j]表示判断值，Ctarget表示识别目标；S604、判断是否存在T[i,j]＝0的点，若是，则令西南低涡编号num的总数加1，并返回步骤S602，否则，进入步骤S605；S605、判断在辅助识别区域外边界上是否存在数据点C[i,j]＝Ctarget∧T[i,j]≠0，且数据点有同一低涡编号num，若是，则为高原涡，并消除高原涡，并令数据点集的判断值T[i,j]＝0，低涡编号num减1，对低涡编号num重新排序，赋予西南低涡数据点集，完成对多个西南低涡区分识别，并进入步骤S7，否则，表示不存在高原涡，进入步骤S7。再进一步地，所述步骤S9中西南低涡面积的表达式如下：N＝Nout+Nin其中，S表示西南低涡的面积，N表示西南低涡中的数据点，si表示第i个格点所占的面积，表示标准维度，表示纬度，rlon表示纬向距离，rlat表示经向距离，Nin表示位于识别区域的数据点个数，Nout表示位于辅助识别区域的数据点个数，m表示引入地图放大系数，L表示映像平面上的距离，Ls表示地球表面上相应的距离。再进一步地，所述步骤S10中几何中心的经纬度表达式如下：其中，(Ox,Oy)表示西南低涡几何中心的经纬度，d表示位势高度最低值点，Oxi表示位势高度最低点的经度，Oyi表示位势高度最低点的纬度，i表示格点数。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术利用位势高度场数据，首先设置参数，接着对格点进行色域空间投影处理，对不同层级的数据点赋予不同颜色的色阶，再对西南低涡进行识别，最后对西南低涡进行要素统计，即获得西南低涡的位置。本专利技术通过以上设计，在高空等压面中自动识别西南低涡，利用数字图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动识别西南低涡的方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、读取位势高度场数据；/nS2、根据所述位势高度场数据分别设置梯度间隔、西南低涡的识别区域以及辅助识别区域，并遍历识别区域分别找到最小和最大位势高度值，并根据所述梯度间隔对最小和最大位势高度值进行取整处理；/nS3、遍历识别区域和辅助识别区域内所有的数据点，并根据不同的数据点生成n个位势高度层级，并对同一层级的数据点赋予相同的色阶；/nS4、判断识别区域内的位势高度层级n是否大于1，若是，则为多个位势高度层级，存在西南低涡，并进入步骤S5，否则，为1个位势高度层级，不存在西南低涡，完成对西南低涡的自动识别；/nS5、在识别区别中将小于色阶最大值C

【技术特征摘要】
1.一种自动识别西南低涡的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、读取位势高度场数据；
S2、根据所述位势高度场数据分别设置梯度间隔、西南低涡的识别区域以及辅助识别区域，并遍历识别区域分别找到最小和最大位势高度值，并根据所述梯度间隔对最小和最大位势高度值进行取整处理；
S3、遍历识别区域和辅助识别区域内所有的数据点，并根据不同的数据点生成n个位势高度层级，并对同一层级的数据点赋予相同的色阶；
S4、判断识别区域内的位势高度层级n是否大于1，若是，则为多个位势高度层级，存在西南低涡，并进入步骤S5，否则，为1个位势高度层级，不存在西南低涡，完成对西南低涡的自动识别；
S5、在识别区别中将小于色阶最大值Cmax的数据点作为识别目标Ctarget；；
S6、对多个西南低涡进行区分，并消除高原涡；
S7、根据区分结果，在识别区域中针对色阶判断识别目标Ctarget是否存在于识别区域边界上，若是，则所述识别目标为闭合西南低涡，并进入步骤S9，否则，进入步骤S8；
S8、统计所述西南低涡中位于识别区域和辅助识别区域中的数据点个数Nin与Nout，并判断Nout与Nin的比值P是否小于阈值，若是，则所述识别目标为闭合西南低涡，并进入步骤S9，否则，所述识别目标为非西南低涡，完成对西南低涡的自动识别，其中，Nin表示位于识别区域的数据点个数，Nout表示位于辅助识别区域的数据点个数；
S9、利用地图放大系数计算得到西南低涡的面积，并剔除面积小于阈值的西南低涡；
S10、根据经剔除后的西南低涡面积，在每个西南低涡中找到位势高度最低点，将其作为西南低涡的几何中心，并由所述低涡几何中心判断西南低涡的源地，完成对西南低涡的自动识别。


2.根据权利要求1所述的自动识别西南低涡的方法，其特征在于，所述步骤S2中对最小和最大位势高度值进行取整处理的表达式如下：



其中，hmin表示最小位势高度值，Math.floor(·)表示向下取整，Math.ceil(·)表示向上取整，hmax表示最大位势高度值，interval表示梯度间隔。


3.根据权利要求1所述的自动识别西南低涡的方法，其特征在于，所述步骤S3中生成n个位势高度层级的表达式如下：
n＝(hmax-hmin)/interval
其中，n表示位势高度层级的数量，hmax表示最大位势高度值，hmin表示最小位势高度值，interval表示梯度间隔。


4.根据权利要求1所述的自动识别西南低涡的方法，其特征在于，所述步骤S3中色阶的表达式如下：



其中，C[i,j]表示每个数据点的色阶，h[i,j]表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡文东，舒红平，贾净翔，丁禹钦，肖天贵，邵建，张莹，罗飞，王亚强，赵卓宁，徐文嘉，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：四川;51