卫星资料在台风定量监测分析中的应用进展pdf
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2
称 x0(k) az1(k) b为GM(1,1)的基本形式。
x0(2)
Z1(2)1
若a [a,b]T 为参数列，且Y
x0(3)
,B
Z1(3)
1，
x0(n)
Z1(n)1
则GM(1,1)模型 x0(k) az1(k) b的最小二乘估计参数列满足：
a [a,b]T (BT B) 1B TY ，可得预测公式：
GM(1,1)表示 1 阶的 1 个变量的模型，设 X 0为非负序列 X 0 x(0(1), x0(2),..., x0(n))，
k
X1为 X 0的一次累加序列： X1 x(1(1), x1(2),..., x1(n))，其中x1(k)
0 (i),k x1,2,..., n；
i1
Z1为 X1的紧邻均值生成序列：Z1 z1((1),z1(2),..., z1(n))，其中z1(k) 1(x1(k) x1(k )),k ,2,...,n， 1
卫星资料 在台风定量监测分析中的业务应用进展
国家气象中心
主要内容
业务应用情况 存在问题 下一步工作
台风监测业务卫星应用的基本思路
进一步强化台风监测分析业务的客观技术支撑，发展 卫星监测的定量客观分析方法
台风强度估计 台风中心位置确定 台风风雨精细信息的获取 多通道资料的融合应用 台风环境诊断产品
在点
处切向和径向的夹角， =从 x 轴出发的角度。
SC 算法通过“叉乘”运算： 其中， 和 =矢量 和 的幅度， =矢量 和 之间小的夹角， =包含矢量 和 的平面的垂直单位向量，
39 16.6 21.8
最小误差
风速
气压
(米/秒) (百帕)
0
0
0.01 0.00
0.41 0.40
平均误差
风速
气压
(米/秒) (百帕)
6.0 10.6
4.34 7.74
4.55 7.37
台风强度客观估计系统业务应用
超强台风“海燕” 强度客观估计结果
（2013年11月7日12时）
台风业务定强的定量分析技术支撑 2010和2011年台风强度估计平均误差为7-15hPa，基本与美国水平相当
基于静止气象卫星资料的台风强度客观估计
基于台风定强Dvorak技术分析流程，通过计算机识别，提取台风云型 特征（台风眼、螺旋云带等）、云顶温度、眼区温度、中心密闭云区 等与台风强度变化有关的卫星云图特征因子，实现了基于FY2系列和 MTSAT系列静止气象卫星的台风强度客观估计。
系统具有处理所有FY2系列和MTSAT系列静止气象卫星 数据的业务能力
(0)
x
(k
1)
(1ea)[x(0)(1)u
]e
ak
a
基于静止气象卫星资料的台风客观定位分析流程（2）
② 螺旋线中心定位：SC（Spiral Centering）
SC 通过分析图像云顶温度梯度和不同分析区域内中心点的 5°log 螺旋线矢量的最大准线来得到台风中心点。
5°log 螺旋线表达式为： 其中， =从源点（SC 分析中心）出发的半径距离， =从源点出发到螺旋线初始点的距离， =螺旋线
FY2C/D/E/F红外通道1的全圆盘展宽图像数据（CSV格式） MTSAT-1/2红外通道1的全圆盘HRIT数据（SVS格式） MTSAT-1/2气红外通道1的全圆盘标称图像文件（HDF格式）
（1）台风云系特征型态分析
根据TBB资料，确定台风眼区和对流云区温度，通过快速傅里叶转换， 计算对流云区的对称度和台风眼的标准差，确定台风云系的特征型态。
形态分析
确定风眼和对流云区温度
以执行快速傅里叶转换 分析风眼和对流云区
计算对流云区的对称度和 风眼标准偏差数值
推导风眼和对流云区形态得 分（基于环境分析参数）
从得分确定形态类型
云团形态
切变型
Biblioteka Baidu
弯曲云带型
不规则中心 密云型
嵌入中心型 中心密云型
风眼形态
风眼型
大风眼型
针孔型
（2）计算台风现时强度指数初估值
（4）确定台风中心风速和气压
台风现时强度指数（CI）与台风中心最大风速的经验关系应用 台风风压关系应用
台风强度客观估计误差统计表
台风名称 （编号）
鲇鱼 （1013）
梅花 （1109）
纳沙 （1117）
最大误差 样本数 风速 气压 (个) (米/秒) (百帕)
26 13.0 28.0
66 23.1 39.9
基于静止气象卫星资料的台风客观定位分析流程（1）
① 确定初始猜测位置（First-guess position）
采用灰色系统预测方法，取前几帧图像的中心点，预测当前帧的中心点，作为 初始点，以便后续定位。灰色预测是通过原始数据处理和灰色模型建立，发现 掌握系统发展规律，对系统未来状态做出科学预测。灰色系统是指部分信息已 知、部分信息未知的小样本的不确定性系统。
“海燕”业务定强结果： 75m/s，890hPa
基于静止气象卫星资料的台风客观定位分析
利用数学形态学、图像处理及智能信息处理等理论技术， 建立了基于MTSAT卫星云图资料的台风客观定位
系统具备处理MTSAT红外和可见光云图的业务能力
提供了台风定位业务的定量分析技术支撑
与业务定位相比，2011年系统客观定位平均误差为5-20 公里，基本与世界各台风业务中心的业务定位精度相当
根据台风云系的特征型态，按台风云系型态的强度分类进行分析，得到 台风现时强度指数（CI）的初估值。
（3）计算台风现时强度指数最终值
限制规则、约束条件和调整规则应用（包括：眼调整规则、带状特征 调整规则、现时强度指数（CI）确定限制规则和约束条件等） 根据云顶温度、眼区温度，修正台风现时强度指数（CI）初估值
尤FY其2D对、达F到Y超2E强和台F风Y级2F别定的标极基端本台与风M，T估S计AT结卫果星基一本致与飞，机尤观其测是一F致Y2F
1013号台风“鲇鱼”（超强台风级） BD增强红外云图（左），彩色增强红外云图（右）
2010年10月17日20时
1330号台风“海燕”（超强台风级） BD增强红外云图（左），彩色增强红外云图（右）
2013年11月7日17时
“鲇鱼”与“海燕” 业务定强比较
“鲇鱼”
ADT强度指数CI：7.2 综合强度指数CI：7.5 眼区温度：14.7C 眼区周围平均温度： -78.6C
“海燕”
ADT强度指数CI：7.8 综合强度指数CI：8.0 眼区温度：18.3C 眼区周围平均温度： -82.9C
“鲇鱼”业务定强结果： 72m/s，895hPa
称 x0(k) az1(k) b为GM(1,1)的基本形式。
x0(2)
Z1(2)1
若a [a,b]T 为参数列，且Y
x0(3)
,B
Z1(3)
1，
x0(n)
Z1(n)1
则GM(1,1)模型 x0(k) az1(k) b的最小二乘估计参数列满足：
a [a,b]T (BT B) 1B TY ，可得预测公式：
GM(1,1)表示 1 阶的 1 个变量的模型，设 X 0为非负序列 X 0 x(0(1), x0(2),..., x0(n))，
k
X1为 X 0的一次累加序列： X1 x(1(1), x1(2),..., x1(n))，其中x1(k)
0 (i),k x1,2,..., n；
i1
Z1为 X1的紧邻均值生成序列：Z1 z1((1),z1(2),..., z1(n))，其中z1(k) 1(x1(k) x1(k )),k ,2,...,n， 1
卫星资料 在台风定量监测分析中的业务应用进展
国家气象中心
主要内容
业务应用情况 存在问题 下一步工作
台风监测业务卫星应用的基本思路
进一步强化台风监测分析业务的客观技术支撑，发展 卫星监测的定量客观分析方法
台风强度估计 台风中心位置确定 台风风雨精细信息的获取 多通道资料的融合应用 台风环境诊断产品
在点
处切向和径向的夹角， =从 x 轴出发的角度。
SC 算法通过“叉乘”运算： 其中， 和 =矢量 和 的幅度， =矢量 和 之间小的夹角， =包含矢量 和 的平面的垂直单位向量，
39 16.6 21.8
最小误差
风速
气压
(米/秒) (百帕)
0
0
0.01 0.00
0.41 0.40
平均误差
风速
气压
(米/秒) (百帕)
6.0 10.6
4.34 7.74
4.55 7.37
台风强度客观估计系统业务应用
超强台风“海燕” 强度客观估计结果
（2013年11月7日12时）
台风业务定强的定量分析技术支撑 2010和2011年台风强度估计平均误差为7-15hPa，基本与美国水平相当
基于静止气象卫星资料的台风强度客观估计
基于台风定强Dvorak技术分析流程，通过计算机识别，提取台风云型 特征（台风眼、螺旋云带等）、云顶温度、眼区温度、中心密闭云区 等与台风强度变化有关的卫星云图特征因子，实现了基于FY2系列和 MTSAT系列静止气象卫星的台风强度客观估计。
系统具有处理所有FY2系列和MTSAT系列静止气象卫星 数据的业务能力
(0)
x
(k
1)
(1ea)[x(0)(1)u
]e
ak
a
基于静止气象卫星资料的台风客观定位分析流程（2）
② 螺旋线中心定位：SC（Spiral Centering）
SC 通过分析图像云顶温度梯度和不同分析区域内中心点的 5°log 螺旋线矢量的最大准线来得到台风中心点。
5°log 螺旋线表达式为： 其中， =从源点（SC 分析中心）出发的半径距离， =从源点出发到螺旋线初始点的距离， =螺旋线
FY2C/D/E/F红外通道1的全圆盘展宽图像数据（CSV格式） MTSAT-1/2红外通道1的全圆盘HRIT数据（SVS格式） MTSAT-1/2气红外通道1的全圆盘标称图像文件（HDF格式）
（1）台风云系特征型态分析
根据TBB资料，确定台风眼区和对流云区温度，通过快速傅里叶转换， 计算对流云区的对称度和台风眼的标准差，确定台风云系的特征型态。
形态分析
确定风眼和对流云区温度
以执行快速傅里叶转换 分析风眼和对流云区
计算对流云区的对称度和 风眼标准偏差数值
推导风眼和对流云区形态得 分（基于环境分析参数）
从得分确定形态类型
云团形态
切变型
Biblioteka Baidu
弯曲云带型
不规则中心 密云型
嵌入中心型 中心密云型
风眼形态
风眼型
大风眼型
针孔型
（2）计算台风现时强度指数初估值
（4）确定台风中心风速和气压
台风现时强度指数（CI）与台风中心最大风速的经验关系应用 台风风压关系应用
台风强度客观估计误差统计表
台风名称 （编号）
鲇鱼 （1013）
梅花 （1109）
纳沙 （1117）
最大误差 样本数 风速 气压 (个) (米/秒) (百帕)
26 13.0 28.0
66 23.1 39.9
基于静止气象卫星资料的台风客观定位分析流程（1）
① 确定初始猜测位置（First-guess position）
采用灰色系统预测方法，取前几帧图像的中心点，预测当前帧的中心点，作为 初始点，以便后续定位。灰色预测是通过原始数据处理和灰色模型建立，发现 掌握系统发展规律，对系统未来状态做出科学预测。灰色系统是指部分信息已 知、部分信息未知的小样本的不确定性系统。
“海燕”业务定强结果： 75m/s，890hPa
基于静止气象卫星资料的台风客观定位分析
利用数学形态学、图像处理及智能信息处理等理论技术， 建立了基于MTSAT卫星云图资料的台风客观定位
系统具备处理MTSAT红外和可见光云图的业务能力
提供了台风定位业务的定量分析技术支撑
与业务定位相比，2011年系统客观定位平均误差为5-20 公里，基本与世界各台风业务中心的业务定位精度相当
根据台风云系的特征型态，按台风云系型态的强度分类进行分析，得到 台风现时强度指数（CI）的初估值。
（3）计算台风现时强度指数最终值
限制规则、约束条件和调整规则应用（包括：眼调整规则、带状特征 调整规则、现时强度指数（CI）确定限制规则和约束条件等） 根据云顶温度、眼区温度，修正台风现时强度指数（CI）初估值
尤FY其2D对、达F到Y超2E强和台F风Y级2F别定的标极基端本台与风M，T估S计AT结卫果星基一本致与飞，机尤观其测是一F致Y2F
1013号台风“鲇鱼”（超强台风级） BD增强红外云图（左），彩色增强红外云图（右）
2010年10月17日20时
1330号台风“海燕”（超强台风级） BD增强红外云图（左），彩色增强红外云图（右）
2013年11月7日17时
“鲇鱼”与“海燕” 业务定强比较
“鲇鱼”
ADT强度指数CI：7.2 综合强度指数CI：7.5 眼区温度：14.7C 眼区周围平均温度： -78.6C
“海燕”
ADT强度指数CI：7.8 综合强度指数CI：8.0 眼区温度：18.3C 眼区周围平均温度： -82.9C
“鲇鱼”业务定强结果： 72m/s，895hPa