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中小尺度气旋场及逆风区识别算法研究

钱鑫洪  
【摘要】:中气旋是一种规模不超过几十公里的涡旋型天气状况。气象工作者经过大量的数据统计发现,我国有92%以上、美国有90%以上的强对流风暴[1](如暴雨、强风、冰雹和龙卷等)都会伴随中气旋的发生和发展,尤其是中气旋一般会在强风暴袭来之前的一段时间就实际存在[1]。现代人们生产、生活的快节奏和科学技术的不断发展对气象预报的时效性、准确性提出了越来越高的要求。因此,快速、准确地识别出中气旋,进而研究切变量与风暴的演变关系,具有十分重要的现实意义。 本文以Visual C++和OpenCV为开发工具,基于多普勒雷达反射率图和径向速度图,综合运用计算机视觉、模式识别和气象科学知识,设计中小尺度气旋场和逆风区的自动识别系统,并在此基础上研究切变量与风暴的演变规律。主要工作可以分为以下几个方面: 1.根据中气旋在雷达反射率图和径向速度图上表现出来的特点入手,应用图像识别技术,在原有算法的基础上,在图像预处理、速度对的匹配和近距离速度对的简约这三个方面做了比较大的改进。除了算法改进外,本文还在三维特征信息自动提取、切变量与风暴演变关系、小尺度气旋识别等方面展开了研究,研制了业务化应用系统。 2.基于逆风区的图像特征,运用二值化、区域生长、图像分割、边缘检测等技术,设计并实现了逆风区的自动识别系统。 本文的所有算法均已编程实现。经过气象专家运用大量实例检测对比发现,该算法比目前使用的国外软件(PUP)具有更高的识别率和更低的漏报率、错报率,软件系统运行稳定,已在天津市气象局投入试运行。


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