基于多普勒天气雷达回波信息强对流天气的识别、跟踪和预报

摘要

多普勒天气雷达是中小尺度灾害性天气的主要监测工具之一，利用其数据有效地识别强对流天气系统，并随时发布警报有着重要意义。在我国随着多普勒天气雷达的普遍安装与运转，利用多普勒雷达开展强对流天气的自动识别、跟踪与预报的研究，提高预报天气的能力是很有必要的。 本文首先介绍了强对流天气的天气学特征，对流单体的一般特征及其发展的环境条件，强对流风暴天气的雷达回波特征，从而概述了风暴识别算法的天气学依据；介绍运用多普勒天气雷达回波资料探测风暴的识别与跟踪算法，通过三维风暴核识别，回波特征质心跟踪法，运用线性外推法预报。进行风暴识别过程中，对于一维风暴段搜索、二维风暴分量合成及三维风暴体组成的阀值值确定，根据天气学模型，参考文献和大量的天气实事，给出一定的范围，即可以使用默认值，也可根据需要选择。为了提高预报的精度，本文尝试利用多普勒径向速度资料修订预报，采用VAP(Velocity Azimuth Processing)方法反演多普勒雷达水平风矢量原理，通过该原理计算各风暴体底层平均风矢量，利用得到的平均风矢量对预报结果进行修正。在进行风暴识别和水平风场反演之前，对雷达体扫描数据作了中值滤波预处理，平滑数据，滤除一些杂乱的数据点。利用2006年7月13日绵阳一次强对流天气的雷达资料，对算法进行了检验，结果表明，该算法对风暴单体有较好的识别效果，预报的结果令人满意，起到了较好的预警作用，但利用VAP方法对预报修正结果不理想。 最后，对风暴识别算法及模块的优缺点和局限性进行了讨论，并提出了下一步的工作和进一步研究的方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1国外研究

1.2国内的发展

1.3本论文的选题和研究内容

第二章强对流天气的天气特征

2.1对流单体的一般特征及其发展因子

2.2.1对流单体发展的三个阶段

2.1.2影响对流风暴发展的局地环境条件

2.2强对流风暴的种类和特征

2.2.1非超级单体风暴

2.2.2超级单体风暴

2.3强风暴的雷达反射率因子特征

2.3.1弱垂直风切变环境中的强风暴(即脉冲风暴)的特征

2.3.2中等到强垂直风切变环境中的非超级单体强风暴的特征

2.3.3超级单体风暴的特征

2.4几种常见的强对流天气现象

第三章风暴识别、跟踪与预报算法

3.1风暴识别

3.1.1风暴识别算法综述

3.1.2风暴段搜索

3.1.3风暴分量合成

3.1.4风暴体组成

3.1.5讨论

3.2风暴的跟踪与预报

3.3 VAP反演多普勒雷达风场及风暴预报的修订

3.3.1 VAP原理

3.3.2 VAP反演局部平均水平风速风向

3.3.3风暴预报的修订

第四章算法实现

4.1雷达数据预处理

4.2算法流程设计

4.2.1风暴识别算法实现

4.2.2风暴识别数据结构

4.3风暴跟踪与预报实现

4.3.1风暴跟踪的前期准备

4.3.2强中心跟踪法实现

第五章雷达资料实例分析

第六章结论

致谢

参考文献

在学期间的研究成果