多普勒天气雷达原理与应用6-雷达探测算法(3).ppt

14 雷暴和降水的临近预报系统
TITAN
TREC
Auto-Nowcaster
跟踪和外推算法
雷暴或降水的临近预报系统的基础是跟踪和外推。主要分为两种类型:
单体质心跟踪和外推: 将雷暴或降水单元视为三维单体加以识别、跟踪和外推。典型的例子有WSR-88D和WDSS中的风暴单体识别与跟踪、以及TITAN等,下面我们会对TITAN重点进行介绍;
区域跟踪和外推:对反射率因子超过某一阈值的二维区域进行跟踪和外推。典型的例子有TREC等,我们下面给以重点介绍。
TITAN
Thunderstorm Identification, Tracking, Analysis, and Nowcasting
雷暴识别、追踪、分析和临近预报
一个基于雷达观测的雷暴临近预报系统
最早版本完成于1986年,1990年代中期得到改进和完善
坐标系
算法采用三维直角坐标系统,由雷达体扫反射率因子数据得到三维直角坐标系中的反射率因子数据。
雷暴定义:反射率因子TZ ≥ 35dBZ;体积TV ≥ 50km3
雷暴识别
考虑二维格点,先识别x方向,再识别y方向, 再拓展到三维识别z方向(之上或者之下)
阴影区:反射率≥ TZ
雷暴特征分析
反射率因子权重质心(雷暴中心)
体积
雷暴投影到水平面上的面积大小和形状(最佳适应形状是多边形和椭圆)
雷暴追踪
追踪思路:
宁短不长(考虑到体扫间隔为5-6分钟)
特征相似(尺寸和形状等)
设置雷暴移动速度上限
假设T1和T2是相邻的两个雷达体扫资料时间
将雷暴路径的确定作为一个最优化问题来处理
雷暴合并与分裂的处理
雷暴合并:t1时刻的雷暴多余t2时刻雷暴数,或者有雷暴消失,或者有雷暴合并。如果t1时刻的2个以上雷暴质心的预报位置在t2时刻识别的某个雷暴范围内,可以判断雷暴合并。
雷暴分裂:对于在t1时刻所有的风暴,预报它们在t2时刻的椭圆投影的位置、取向和尺寸,然后根据t2时刻识别的所有雷暴判断哪些是新的路径,即没有历史的雷暴。如果这些没有历史的雷暴的质心位于某一个t1时刻雷暴的预报的在t2时刻的投影椭圆的区域范围内,则确认发生了雷暴分裂。
雷暴移动的预报
主要思路:对于较短的时间间隔,1)一个雷暴倾向于沿着一条直线运动;2)风暴的增长和衰减遵循线性趋势;3)会出现对上述线性行为的随机偏差。
根据演变历史加权线性拟合外推:预报量包括以反射率因子为权重的雷暴质心、体积、和投影椭圆的参数。
最近,改用多边形(原来为椭圆)对雷暴的水平投影的面积和形状进行表达。