中氣旋識別及強度判斷方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于氣象分析的技術領域，具體涉及一種中氣旋識別及強度判斷方法。
【背景技術】
[0002] 氣旋（cyclone)是指北（南）半球，大氣中水平氣流呈逆（順）時針旋轉的大型 渦旋。氣旋近似于圓形或橢圓形，大小懸殊，有的氣旋的水平尺度（直徑）為幾公里，有的 氣旋的水平尺度為幾百公里，而有的氣旋的水平尺度為三、四千公里。中氣旋的直徑通常最 大為10千米，它能生成多達60個旋風。典型的中氣旋是具有強烈上升氣流和下沉氣流的 (積雨）云，這種云垂直伸展較高，如高聳陡山，頂部可呈砧或鬃狀，底部較暗，時有懸球狀 結構。
[0003] 中氣旋常常造成龍卷、冰雹、雷雨大風等災害性天氣，統(tǒng)計表明，產生龍卷的中氣 旋占中氣旋總數(shù)的20%左右，特別是對于中等強度以上的中氣旋，如果其底部到地面的距 離小于1千米，則龍卷產生的概率達40%以上。中氣旋基本只出現(xiàn)在4一8月份，其中7月 份出現(xiàn)的次數(shù)最多，它的生命史較短，大多數(shù)都在半個小時以內。中氣旋造成的龍卷、冰雹、 雷雨大風等災害性天氣，會給人們帶來巨大的經(jīng)濟損失，會嚴重威脅人們的生命安全。
[0004] 因為中氣旋常常造成龍卷、冰雹、雷雨大風等災害性天氣，所以識別中氣旋具有十 分重要的意義，如果識別出某地出現(xiàn)了中氣旋，那么中氣旋的出現(xiàn)對該地是否發(fā)生雷雨大 風、龍卷、局地強降水或冰雹等災害性天氣有較好的先兆性和指示意義。雷雨大風、龍卷、局 地強降水或冰雹等災害性天氣的提前預報，可以使人們提前做好預防，以減少災害性天氣 可能帶來的損失。
[0005] 申請?zhí)枮?01210065116. 4的專利申請公布了一種基于多普勒天氣雷達回波圖形 的中氣旋識別方法，該方法包括通過對〇. 5度、1. 5度和2. 4度仰角反射率圖進行濾波處理 得到預處理后的有效區(qū)域圖像，通過徑向速度圖對有效區(qū)域信息的融合確定徑向速度圖上 的有效搜索范圍，通過區(qū)域生長法在有效搜索范圍內篩選出中氣旋反映在徑向速度圖上的 重要元素-正、負速度中心區(qū)域，借助速度中心區(qū)域取值的分布直方圖以及距離、角度、徑 向速度差準則完成所有速度對的配置，其中，每一個速度對由一個正速度中心和一個副速 度中心構成，得到速度對集合，通過速度對簡約、藍金模式準則、厚度準則剔除速度對集合 中的偽速度對，識別出中氣旋。上述基于多普勒天氣雷達回波圖形的中氣旋識別方法步驟 較多，需要對仰角反射率圖進行濾波處理，需要使用區(qū)域生長法、速度對簡約、藍金模式準 則和厚度準則，過程復雜，而且只能識別出中氣旋不能判斷中氣旋的強度。

【發(fā)明內容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有中氣旋識別的方法過程復雜的問題，本發(fā)明提出一種中氣旋識別及 強度判斷方法，以簡化中氣旋識別的過程，提高中氣旋識別的效率，同時在識別中氣旋的過 程中判斷出中氣旋的強度。
[0007] 本發(fā)明中氣旋識別及強度判斷方法包括以下步驟：
[0008] (1)獲取雷達站點的位置信息及雷達徑向風速圖上每個像素點的徑向風數(shù)據(jù)；
[0009] (2)在所述雷達徑向風速圖上選取一點，以該點為圓心以R為半徑確定一個圓，其 中，所述R的取值分別為lKm、2Km、3Km、4Km和5Km，在該圓上選取至少兩個樣本點，該樣本 點的徑向風速與切向風速的夾角為9，分別計算每個樣本點的徑向風速與切向風速的夾角 0的COS 0值；求所述選取的樣本點的徑向風速與所述選取的樣本點的COS 0值的相關系 數(shù)，將該相關系數(shù)記為a，其中所述相關系數(shù)為皮爾遜積矩相關系數(shù)；所述R取不同的值時， 若所得的任意一個a大于0,則該點處存在中氣旋，且中氣旋的半徑為選取的R的值；若所 有a均小于等于0,則該點處不存在中氣旋，需要在所述雷達徑向風速圖上另外選取一點重 新執(zhí)行本步驟；
[0010] (3)從所述步驟⑵中選取的樣本點中選出最小的徑向風速￥_，然后計算IV_I/ V風，將計算結果記為b，其中，I Vmin I是指Vmin的絕對值，當R = IKm時，V風=3-6m/s，當R =2Km 時，V風=7-lOm/s，當 R = 3Km 時，V風=ll_14m/s，當 R = 4Km 時，V風=15_18m/s， 當R = 5Km時，Vm = 19-23m/s，若I V_ I大于等于Vm，則b的值取1，若I V_ I小于Vm，則 b的值就為I V_ I /Vm的值；
[0011] ⑷從所述步驟⑵中選取的樣本點中選出最大的徑向風速Vniax，然后計算￥_八 風，將計算結果記為c，其中，當R = IKm時，V風=3-6m/s，當R = 2Km時，V風=7-10m/s，當 R = 3Km 時，V風=ll_14m/s，當 R = 4Km 時，V風=15_18m/s，當 R = 5Km 時，V風=19_23m/ s，SV_大于等于乂^，則c的值取l，gV_小于Vm，則c的值為V_/VM的值；
[0012] (5)設定中氣旋指數(shù)E，該E = a ? b ? c，其中相關系數(shù)a由所述步驟⑵得出，b 由所述步驟（3)得出，c由所述步驟（4)得出；計算所述中氣旋指數(shù)E的值，若所述中氣旋 指數(shù)E的值越接近于1，則中氣旋強度越強，若所述中氣旋指數(shù)E的值越接近于0,則中氣旋 強度越弱；
[0013] (6)按照所述步驟（2)-所述步驟（5)遍歷所述雷達徑向風速圖上的所有點。
[0014] 其中，所述步驟（5)還包括增大所述a的權重。
[0015] 其中，所述增大所述a的權重的方法為將所述a開n次方，其中，2 < n < 5。
[0016] 其中，所述增大所述a的權重的方法為將所述a乘以1. 2-1. 5之間的數(shù)。
[0017] 其中，所述步驟（2)中在雷達徑向風速圖上僅選取徑向風速在2_5m/s或負2-負 5m/s的點。
[0018] 其中，所述步驟（2)中在所述圓上每間隔10度選取一個樣本點。
[0019] 其中，所述步驟（1)還包括對獲取的徑向風數(shù)據(jù)進行雙線性插值或立方體插值。
[0020] 本發(fā)明中氣旋識別及強度判斷方法具有如下的有益效果：
[0021] 本發(fā)明中氣旋識別及強度判斷方法首先選取樣本點，分別計算選取的每一個樣本 點的徑向風速與切向風速的夾角的余弦值，然后計算該余弦值與選取的樣本點的徑向風速 的相關系數(shù)，根據(jù)該相關系數(shù)的大小判斷是否有中氣旋，即完成中氣旋的識別；整個中氣旋 的識別過程步驟少，而且主要計算的內容僅為樣本點的徑向風速與切向風速的夾角的余弦 值、該余弦值與選取的樣本點的徑向風速的相關系數(shù)，計算量小，從而簡化了中氣旋識別的 過程，提高了中氣旋識別的效率。本發(fā)明中氣旋識別及強度判斷方法還提出了中氣旋指數(shù) 的概念，并給出了中氣旋指數(shù)的具體計算方法，通過中氣旋指數(shù)的大小判斷中氣旋的強度。 本發(fā)明不僅能夠在雷達徑向風速圖上識別出中氣旋，還能夠對識別出的中氣旋的強度進行 判斷，這樣人們就能夠對強度更強的中氣旋更加重點關注，以做好預防工作，減小災害性天 氣帶來的損失，因為中氣旋越強形成災害性天氣的可能性就越大，且形成的災害性天氣的 破壞力也越大。本發(fā)明對于中氣旋的提前預測和對由中氣旋形成的災害性天氣的分析都有 很重要的意義。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明中氣旋識別及強度判斷方法的原理示意圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明中氣旋識別及強度判斷方法中計算的樣本點的徑向風速與切向風 速的夾角的余弦值的示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖介紹本發(fā)明的技術方案。
[0025] 中氣旋識別及強度判斷方法包括以下步驟：
[0026] (1)獲取雷達站點的位置信息及徑向風數(shù)據(jù)。
[0027] 雷達站點的位置信息也就是雷達站點的經(jīng)煒度信息。徑向風數(shù)據(jù)是指雷達徑向風 速圖上每個像素點的徑向風速，該徑向風速是由雷達測得的。
[0028] 優(yōu)選地，本步驟還包括對獲取的徑向風數(shù)據(jù)進行雙線性插值或立方體插值處理， 因為雷達測得的徑向風速是一層一層的，對于兩層之間的空間是沒有徑向風數(shù)據(jù)的，通過 雙線性插值或立方體插值的算法能夠在兩層之間的空間補上徑向風數(shù)據(jù)，這樣就可以對任 一層空間進行中氣旋識別及強度判斷。
[0029] (2)如圖1所示，在雷達徑向風速圖上選取一點M，以該點為圓心以R為半徑確定 一個圓，其中，R的取值依次為lKm、2Km、3Km、4Km和5Km，因為中氣旋的直徑最大通常為10 千米，R的值分別為lKm、2Km、3Km、4Km和5Km已基本能夠包括全部中氣旋