基于多通道卫星云图的对流启动监测

发布时间：2020-08-31 18:01

　　对流是灾害性天气发生的先兆。因此,对流启动的监测是气象部门临近预报非常关注的内容。近年来,随着卫星遥感技术的发展,卫星的时间分辨率和空间分辨率都有了较大的提高,目前我国已经发射了FY-2气象卫星,并且计划于2015～2016年期间发射FY-4高分卫星,这为对流启动更加准确的监测提供了良好的硬件支持。本文首先根据我国FY-2气象卫星提供的多通道数据,开发了一款便于观测和分析对流启动时各通道数据变化的卫星数据的快速采样软件,并根据统计和分析提出合理的对流启动判识条件和阈值。其次,利用基于形态学的扩展极大值变换法检测对流核,在此基础上,针对初生对流、快速发展对流、过冲云顶和台风4种典型的对流活动,提出了相应的检测方法：用云顶降温的多通道判识检测对流初生；采用综合跟踪方法与云顶降温率判识的方法检测快速发展对流；根据过冲云顶的物理特性对其进行检测；用密度矩阵与亮温修正相结合的方法检测台风中心位置。最后,采用基于E-TITAN (Enhanced Thunderstorm Identification, Tracking, Analysis and Nowcasting)算法跟踪对流核,利用ForTraCC (Forecast and Tracking the Evolution of Cloud Clusters)方法预测对流核的运动,并在FY-2气象卫星2013～2014年的数据集上实验验证了上述检测方法。实验结果表明：本文针对不同的对流活动的检测方法具有较高的准确性,并有较好的跟踪和预测效果；实验结果得到了国家卫星气象中心专家的认可,能够为气象预报业务提供良好的支持。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P412.27
【部分图文】：

判识,检测算法,产品,美国

的温度等值线间隔，取值为ｒｃ；邋（４）」ｒｔ。ｖｖｅｒ为对流体极值检测必须达到的最小温度差，逡逑一般取值为３°Ｃ；邋（５＞４ｍｍ为对流体判识的最小面积阈值，在红外通道卫星云图上一般取逡逑一个像元大小。对流体必须满足上述５个条件。因此，图１．１中共有３个对流体能被检逡逑测到，分别是Ｔｏｗｅｒ＃ｌ、Ｔｏｗｅｒ＃２＋Ｔｏｗｅｒ＃３和Ｔｏｗｅｒ＃邋４。可以发现，Ｔｏｗｅｒ＃邋２由于不满逡逑足ｚｆＦｔｏｗＣＴ的阈值条件，被认为与Ｔｏｗｅｒ＃３属于同一个对流体。逡逑Ｊ邋＿Ｌ逦？逦逦／ｃｆｔｆｊｉｉｆｆ逡逑了ｏｗｃｒｉｉｌ逦一品度＿济逡逑Ｔｏｗｅｒｓ？邋３逡逑／邋＼邋＼逡逑／邋、邋＼；产、＼逡逑ｆ逦＼逦ｙｒ逦？？？？＊逦、逡逑／邋１１邋丨”‘丨”逦逦丨丨上邋Ｚ邋丨邋ｎ，ｉ■酬１１．１１邋ｉｎｎ逦＿叐丨＿N＿＿丨，丨一零■＿、、Ｊ逦ｔｔ邋４逡逑图１．１邋ＲＤＴ对流判识算法示意图逡逑另一个较为成熟的对流体检测算法为美国ＧＯＥＳ－Ｒ卫星的ＣＩ产品［胃４Ｇ］。该产品以逡逑云类型产品为基础，即选取水云、过冷水云和混合云作为判识目标，以上述的云分类为逡逑基础，对分割的对流体进行极值检测和面积检测，得到最后的目标对流体。图１．２为云逡逑分类产品。逡逑５逡逑

卫星云图,无眼,红外通道,台风

所以在卫星云图上可以观察到明显的风眼，而无眼台风虽然中心温度较低，但是由逡逑于冷云的遮盖等原因并不能凭肉眼观测到其中心，因此无眼台风的中心定位难度较大。逡逑图２．１９（ａ）为有眼台风，２．１０（ｂ）为无眼台风。总的来说，对于大部分的台风，中心亮温值逡逑较高，周围云墙亮温值具有极高的对称性，且云带具有极强的螺旋性。这些特征都能够逡逑帮助我们检测台风中心位置。逡逑ｆｃ．．攻逦ｊＪｌｉｍ逡逑（ａ）有眼台风逦（ｂ）无眼台风逡逑图２．１０红外通道卫星云图上的有眼台风和无眼台风逡逑２．５本章小结逡逑本章首先对我国ＦＹ－２卫星和其多通道的数据进行了说明和分析，在此基础上，利用逡逑ＶＣ＋＋６．０开发了一款卫星数据懫样软件以方便对对流变化期间的各通道数据进行分析逡逑和记录，从而确定合理的对流启动的判识条件和阈值。最后根据采样的结果，对对流初逡逑生、快速发展对流、过冲云顶和台风这４中典型的对流活动的特点进行了分析，为更精逡逑确地监测这些对流活动奠定了基础。逡逑２０逡逑

对流核,阈值检测,亮温

亮温阈值太高时，检测到的对流核会相连或者包含周围的冷云；亮温阈值太逡逑低时，无法完整地检测到整个对流核。因此，单一的阈值分割方法不能精确地对每个平逡逑均亮温值不同的对流核进行分割。如图３．１（ｃ）和图３．２（ｃ）的单一阈值检测结果所示，由于逡逑亮温阈值过高，对流核并没有被分割精确。逡逑（ａ）邋ＩＲ１通道灰度图逦（ｂ）邋ＩＲ１通道亮温图逡逑（Ｃ）单一阈值的检测结果逦（ｄ）理想的分割结果逡逑图３．１对流核的单阈值检测结果逡逑２１逡逑

【参考文献】