一种地面气旋系统追踪算法技术方案

本发明专利技术提供一种地面气旋系统追踪算法，涉及地面气旋系统追踪技术领域。该算法具体包括以下步骤：S1.气旋的识别算法。该算法从分析区域内需分析等值线的值和条数开始，再从最小值等值线开始逐个分析每条等值线对应低压块，进而确定气旋系统，相较于大多数的气旋识别方法，更符合主观分析的习惯，与主观分析的结果更趋一致。S2.气旋的追踪。基于上一步骤计算出的每个时次低压系统数据，使用拉格朗日方法，应用最近邻居法则和交叉相关法判断低压系统在时间上的相似，并且构造交叉相关方法判别方法的相似判别因子，这与目前已有的大多追踪算法不同在于混合使用基于气旋质心位置和交叉相关方法进行追踪，并且构造形的相似判别算子，追踪结果更合理。追踪结果更合理。追踪结果更合理。

【技术实现步骤摘要】
一种地面气旋系统追踪算法


[0001]本专利技术涉及地面气旋系统追踪
，具体为一种地面气旋系统追踪算法。

技术介绍

[0002]一直以来，气旋的自动识别与追踪都是气象科技工作者关注的重要技术之一，早在1985年Akyildiz在评估数值模式的性能时，就对气旋的中心进行了自动识别和追踪，直到现在仍然有很多的气象科技工作者对气旋的自动识别和追踪技术进行不断的改进和开发，如2017年的Lu和Chang,2019年的Lakkis等和Valsangkar等；
[0003]对于气旋的识别方法，很多是从寻找最低气压中心或最大涡度中心开始的((Hoskins和Hodges，2002；Feser等，2015；Yang等，2015；Massey等；Chang,2017；Lu，2017)，而且有很多自动识别算法，在开始识别前，还会进行空间滤波，以消除大尺度或小的噪音尺度的影响(Anderson等，2003；Zappa等，2013；Feser等，2015；Massey,2016)；
[0004]大多数的自动识别算法(Hanley和Caballero，2012；Lu，2017；Valsangkar等，2019)是利用气压场的某一格点值小于周围8个点值的方法，先确定气旋的待选中心，再通过中心确定气旋的各等值线范围，气旋系统追踪精确度存在进一步提升的可能性和可行性。
[0005]参考文献：
[0006]Akyildiz,V.,1984:Systematic errors in the behaviour of cyclones in the ECMWF operational models.Tellus,37A,297
‑
308.
[0007]Hoskins B,Hodges K.2002.New perspectives on the northern hemisphere winter storm tracks.J.Atmos.Sci.59:1041
–
1061.
[0008]Anderson DK,Hodges KI,Hoskins BJ.2003.Sensitivity of feature
‑
based analysis methods of storm tracks to the form of background field removal.Mon.Weather Rev.131:565
–
573.
[0009]Inatsu M.2009.The neighbor enclosed area tracking algorithm for extratropical wintertime cyclones.Atmos.Sci.Lett.10:267
‑
272.
[0010]Hodges,K.I.1994.A general
‑
method for tracking analysis and its application to meteorological data.Monthly Weather Review 122:2573
‑
2586.
[0011]Hewson TD.2009.Diminutive frontal waves
─
a link between fronts and cyclones.J.Atmos.Sci.66:116
–
132.
[0012]Lakkis SG,Canziani P,Yuchechen A et al.2019.A 4D feature
‑
trackingalgorithm:a multidimensional view of cyclone systems.Q.J.R.Meteorol.Soc.145:1
–
23.
[0013]Zappa G,Shaffrey LC,Hodges KI et al.2013.A multimodel assessment of future projections of North Atlantic and European extratropical cyclones in the CMIP5 climate models.J.Cl imate 26:5846
–
5862.
[0014]Feser F,Barcikowska M,Krueger O et al.2015.Storminess over the North Atlantic and northwestern Europe
‑
a review.Q.J.R.Meteorol.Soc.141:350
–
382.
[0015]Massey NR.2016.Feature tracking in high
‑
resolution regional climate data.Comput.Geosci.93:36
–
44.
[0016]Hanley,J.,and R.Caballero,2012.Objective identification and tracking of multicentre cyclones in the ERA
‑
Interim reanalysis dataset.Quart.J.Roy.Meteor.Soc.138:612
–
625.
[0017]Yang X,Vecchi GA,Gudgel RG et al.2015.Seasonal predictability of extratropical storm tracks in GFDL
’
s high
‑
resolution climate prediction model.J.Cl imate 28:3592
–
3611.
[0018]Chang EKM.2017.Projected significant increase in the number of extreme extratropical cyclones in the Southern Hemisphere.J.Climate 30:4915
–
4935.
[0019]Lu,C.H.2017.A modified algorithm for identifying and tracking extratropical cyclones.Adv.Atmos.Sci.34(7):909
–
924.
[0020]Valsangkar A.A.,Monteiro J.M.,Narayanan V.2019.An Exploratory本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地面气旋系统追踪算法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1.气旋的识别算法A.设置有限区域内的等经纬度网格的参数设立经向格点数为SNnum，纬向格点数为EWnum，起始经度为blon，起始纬度为blat，结束经度为elon，结束纬度为elat，格点经向距为detSN，格点纬向距为detEW，其中detSN等于detEW，且满足SNnum＝(elat
‑
blat)/detSN+1,EWnum＝(elon
‑
blon)/detEW+1，则自西向东格点编号为1,2,...,EWnum，自南向北格点编号为1,2,...,SNnum；B.确定等值线的值计算区域内海平面气压场的最低值和最高值，以2hPa为等值线间隔，取最低值和最高值之间能被2整除得之为等值线的值，等值线的值从小到大排列，记为Lslp[i],i＝1,2,...n；C.识别等值线；a.确定等值线是否为闭合等值线若等值线上的点G[i]位于有限区域的边缘，则为开放等值线，记为O，若等值线上的任意点G[i]不再有限区域的边缘，则为闭合等值线，记为C；b.确定等值线是否为低压系统的等值线若为闭合等值线，则计算等值线内的所有的格点值是否小于等于等值线的值，小于等于则为低压等值线，否则为高压等值线，剔除；若为开放等值线，则运用最小二乘法，对所有的点进行圆的拟合，计算出拟合圆的圆心位置，对以圆心与等值线围成的扇形内的格点值进行判断，若所有格点值均小于等于等值线的值，则为低压等值线，否则为高压等值线，剔除；D.低压块的识别；1)块的识别设块内任意点均小于等于块对应的等值线的值，且块内任意格点总能找到至少一个相邻的格点，相邻的条件为：格点之间相距一个纬向或经向格点距，则这些点的集合称为块；2)判断块是否为低压块判断低压块对应的等值线的值的等值线是为块的等值线，判断条件是等值线上的点均能在块内找到一点满足，线上的点与块内点相邻，相邻条件与1)步相同，如条件满足则为低压块，保留，否则剔除；3)判断低压块是否为闭合低压块若低压块中有格点位于有限区域的边缘，则为开放低压块，否则为闭合低压块；E.低压系统的识别；
①
.查找包含Block[i]的Block[j]，即Block[i]上所有的格点均在Block[j]上，i≠j，依次类推，并标记符合条件的块，至值找完所有的低压块，记为低压系统C[1]，并记录低压块的等值线的值，对应的低压块是否为闭合等压块以及等于块包含的格点；
②
.查找是否有未被标记的块包含于低压系统C[1]，若包含则标记此低压块，并记录对应的低压块的等值线的值，对应的低压块是否为闭合等压块以及等于块包含的格点；
③
.重复
①
和
②
，直至所有的低压块被标记，并设最终得到低压系统n个，即C[i]，i＝1,2,...,n；
④
.对每一个低压系统的最小等值线的值对应的低压块或不包括其他低压块的低压块所包含的格点计算质心位置和最低格点值，并记录质心位置和最低格点值，将其作为低压系统的中心位置和中心最低气压；F.获得海平面气压场的低压系统数据低压系统数据包括：低压系统的个数，低压系统拥有的等值线的值，低压系统包含的格点位置以及格点值，气压系统的中心位置，中心最低气压以及中心所在低压块所包含的格点和格点值；S2.气旋的追踪算法(1)轨迹追踪算法的相关参数的设定最近邻居法：相邻时次的两个气旋系统的中心之间的距离Dc的阈值为250.0；交叉相关法：若相邻时次的气旋系统的中心气压对应的等值线气压块拥有的格点数分别记为p1,p2，则交叉相关法的气旋系统相似的判别函数设为：shr＝0.5*corr+0.5*(p/(p1+p2))，其中corr为P1气压块通过空间平移，在p2气压块构成的矩形区域内，相关系数达所能达到的最大值，p为此时P1气压块在p2气压块构成矩形区间内的有效点数，且两个相似气旋中心的距离(Dcc)阈值为1000Km；(2)气旋系统标号取第一个时次所有气旋系统的中心点作为轨迹的起始...

【专利技术属性】
技术研发人员：余金龙，傅云飞，卢燕宇，石春娥，邱学兴，赵倩，
申请(专利权)人：安徽省气象科学研究所，
类型：发明
国别省市：