计算几何法在风暴识别中的应用

内外常用的临近预报系统 中，都利用 了雷达数据
对 风 暴进 行 识 别追 踪 以及外 推 预 报 ［。在 风 暴识
体 的径向散度值 ，并且利用 回波辐合总量及辐合
中心值与反射率 因子 、 垂直 累积液态含水量及中 心值进行对 比分析得到了底层径 向辐合有利于回
波维 持 或 加强 的结 论 。兰 红平 等 【利 用模 式 识 别 ］ 技术 进 行 云团识 别 ，拓 扑处 理 ，建 立生 命周 期 ，
面做 了大量 的研究 ［。而 基 于雷 达 基数 据 对 风暴 １ ］
单体以及风暴带的识别 、追踪及预警是利用多普
勒 雷 达进 行 短时 预报 的一 个 重要 方 面 。在很 多 国
（９ Ｉ Ｂ Ｓ） 的基础上设计 了以风暴对流发展信息（ ｓ ｃＩ ）
方法来描述风暴对流发展的强弱 。王艳兰等『 ６ 】 运 用多普勒雷达的径 向速度资料 ，计算对流回波单
文献标识码 ：Ａ Ｄｏ：１．９ ９ ．ｓ． ０ ．９ ５ ０ １ ２０ ５ ｉ ０３ ６ ￣ｉ ｎ１ ４４ ６ ． １ ． ． ｓ ０ ２ ０ ０ 中图分类号 ：Ｐ １ ．５ ４ ２２
１ 引
言
质心 ，虽然 能够 比较 好的形态信息 。这两个算法都有优 点 ，又都有局限。ＴＴ Ｎ ＩＡ 算法适用于风暴带 的识 别追踪 ，而 Ｓ Ｉ 算法适用于风暴质心 的识别 追 ＣＴ
别追 踪 的发展历 程 中有两个 比较有代表性 的算
法 ，其一 是 美 国 国家大 气研 究 中心 提 出 的ＴＴ Ｎ ＩＡ
算 法 （ ｈ ｎ ｅｓ ｒ Ｉ ｅｔ ｉ ｔ ｎ Ｔ ａｋｎ ， Ｔ ｕ ｄ ｒｔ ｍ ｄ ｎｉ ｃ ｉ ， ｒｃ ｉｇ ｏ ｆａｏ
Ａｎｌｓ ，ａｄＮｏ ａｔ ｇ｛，其 二是 美 国 国家 强 ａｙｉ ｎ ｗｃｓｎ ）］ ｓ ｉ ３
踪 。近 年来 ，国 内在强对 流 风暴 的雷达 资料 处 理 方面做了大量的研究。胡胜 ］ ＷＳ －８ ｉｄ９０ ４ ￣ Ｒ８ＤＢｕ ． ｌ
多普 勒雷 达是 中小尺 度灾 害天气 的主要 探测
工具之一 ，具有时空分辨率高的优点 。国内外气 象工作者在把雷达遥感新技术应用于气象预报方
踪 该 临近 点 的变化 作 为风暴 增强 与 减弱 的预 警 ， 本 文在 ＴＴ Ｎ与ＳＣ 的基 础上 ，改 进 了风暴 识别 ＩＡ ＩＴ
处理 ，风暴识别前的数据预处理阶段要把雷达数
据以最近邻位法投影到笛卡尔坐标系上 ，这导致 了在回波段的识别中出现误差 ，在轮廓追踪时就 产生了回波 的虚假合并现象 。因此 ，本文在数据
第２ ７卷 第 ２期
２１ ０ １年 ０ 月 ４
热
带
气
象
学
报
Ｖｂ１ ． ２７．Ｎ ｏ． ２ Ａｐｒ， ２０１ ． １
Ｊ ＯＵ ＲＮＡＬ ＯＦ ＴＲＯＰＩ ＣＡ Ｌ ＥＴＥｏＲＯＬＯＧＹ Ｍ
徐 月 飞 ，顾松 山 ，黄兴 友 ，等 ． 算 几何 法 在风 暴识 别 中 的应用 ［］ 计 Ｊ ｌ热带 气象 学 报 ，２ １ ，２（） １３１８ ０ １ ７２： ７—７．
文章 编 号 ： １０ —９ ５２ １）２０ ７ —６ ０ ４４ ６ （０ ０ ．１３０ １
计算几何 法在风 暴识别 中的应用
徐 月飞 ，顾松 山 ，黄 兴友 ，何建新 ２
（． １ 南京信息工程大学大气物理学院 ，江苏 南京 ２ ０４ ；２ １０ ４ ．成都信息工程学院电子工程学院，四川 成都 ６０ ２ ） １２ ５
基金项 目：中国气象局大气探测重点开放实验室 “ 冰雹的雷达探测研究”资助
通 讯作 者 ：徐 月 飞 ，男 ，浙江 省人 ，硕士 研究 生 ，主要从 事 气象 雷达 资料 处 理 的研究 。Ｅｍａ ：ｘｆ１７ １３Ｃｒ － ｉ ｙ５６ ＠ ６ ． ｎ ｌ Ｏ
１４ ７
热
带
气
象
学
报
准确地对风暴带进行描述 ，同时在对风暴带的形 态特点进行分析中能 自动识别 出合并与分裂的临 界点 ，以期能够判断风暴带 的虚假合并 ，并 以跟
摘
要 ：风暴的合并与分裂对其发展有着重要的影响，是风暴识别与追踪工作中的难点问题 。为了避免由
资料处理过程 引起 的虚假合并 ，以及通过识别风暴 的合 并与分裂临界区域 ，对 判断风暴 的发展趋势提供有效的 追踪参数 ， 于 Ｓ Ｉ（ｔｒ Ｃ ｌＩｅｔ ｃｔ ｎａ ｄ ｒｃ ｉｇ ｇｒ ｈ 风暴识 别的基础 ，利用计算 几何的凸壳与 基 Ｃ ＴＳｏｍ ｅ ｄｎｉ ａ ｏ Ｔ ａｋｎ Ａｌｏｉ ｍ） ｌ ｉ ｆ ｉ ｎ ｔ ＤＴＤｅ ｕ ａ ｒ ｎ ｌ） 法 ，结合风暴 内部 的结构信息 ，识别 出了风暴带 以及风暴带合并与分裂 的临界 区域 。 （ ｌ ｎｙ Ｔｉ ｇｅ算 ａ ａ 并且 给出了实 现的个 例以及算法的评价结果 ，为风暴合并 与分 裂的追 踪工作提供 了一个新的参数 。 关 键 词 ：雷达气象学 ；风暴识别 ；计 算几何 ；风暴合并
的效果。其 中，ＴＴ Ｎ ＩＡ 算法利用 了一个阈值来识 别风暴体 ，识别出来 的风暴用椭 圆或者多边形表 示 ，但是多边形的表示方法对 于弓状 回波不能准
确 反 映 。Ｓ Ｉ算 法利 用 了七个 阈值来 识 别 风暴 的 ＣＴ
收 稿 日期 ：２ ０．９１：修 订 日期 ：２ １－５０ ０９０．５ ０００．５
风暴 中心提 出的Ｓ Ｉ算法［。这两个算法已经广 ＣＴ
泛 地 投入 到 实 际的业 务 应用 中 ，也 取得 了 比较好
并进行外推预报 。周毓荃等［ ＩＡ ］ Ｔ Ｎ系统进行 对Ｔ 移植 ， 使其适应我 国的各类气象数据。由于风暴 带发展移动过程 中与内部风暴单体的产生消散有
密切 的关 系 ，并 且 不 同风暴 带 的合 并 与分裂 又 对 风暴 的增强 与 消散 的趋 势有 很 大 的影 响 。为 了能 够在 风暴 带 的识 别 中加 入风 暴 内部 结构 识 别 ，更