FY-2E“二阶差分法”晴空风矢在台风预报中的同化应用研究

发布时间：2020-10-23 03:47

　　 卫星风矢的时空分辨率较高,在台风的分析和预报中可以发挥重要的作用。本文基于二阶差分法晴空导风技术,结合实例反演了台风周围晴空区大气风场,主要进行了晴空风矢质量控制方案研究、导风实例分析与风矢误差定量对比以及晴空风矢同化应用三方面的研究:首先,为提高晴空风矢质量,本研究使用欧洲中期天气预报中心的高精度再分析资料(简称ERA)的风场数据,逐点与晴空风矢的风向和风速进行对比,并通过设置阈值,对不合理的晴空风矢进行筛除。然后结合台风个例,利用二阶差分法进行了台风周围晴空区导风实例研究,并以NCEP 800 hPa风场做参考,分别计算了质量控制前后晴空风矢的偏差(BIAS)、标准偏差(SD)及均方根误差(RMSE)。结果表明:质量控制可以有效减小风速、风向的偏差;SD及RMSE也由质量控制前的平均7.8 m/s和19.7 m/s减小到质量控制后的2.0 m/s和4.6 m/s。最后,选取台风“海葵”、“灿鸿”、“梅花”三个个例,利用WRF中尺度数值模式进行了台风预报的个例研究。研究结果表明:同化晴空风矢可以改善位势高度、风场、湿度等初始物理量场,对台风的路径、强度预报以及风场、降水预报都有不同程度的改进。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P457.8
【部分图文】：

算的示踪物纹理信息，其后步骤相同。其中二阶差分法晴空导风技术就是在卫??星资料预处理的过程中，利用二阶差分算法处理卫星云图，提取微弱的示踪物??信号。其具体的反演过程［２９］如图２．１所示。??Ｉ?Ｉ??；／?ＧＰＦ／ＡＷＸ?／?！??．／?格式云图／??；?＾格式转换丨????！?｜等经ｉ度〇〇Ｅ?！?，?＾?高度指定??．?格殳?１????：一￣一￣?！示踪物的追踪??ｒＴ—和风矢世的计一??！?????！?云掩膜／云检?丨??＊?测?？??！??ｆ??！?＞?质世控制??Ｉ?Ｉ?????■??＾?ｔ??Ｉ?＊??；二阶差分处理；??■?——?Ｉ??Ｉ?Ｉ??■?Ｉ??Ｉ?——?Ｉ??！?图像增强?Ｉ??Ｉ?Ｉ??！?Ｉ?；??扁?Ｉ??！?卫星数据预处理?！??Ｉ?｜??图２．１基于二阶差分法的晴空区导风系统流程图【２９］??２．２．１资料预处理??“二阶差分法”晴空风矢反演所使用资料的是国家卫星气象中心（ＮＳＭＣ）??提供的ＦＹ－２Ｅ静止卫星红外ＩＲ１、ＩＲ２通道ＡＷＸ＿９２１０格式等经纬投影分区云??图，其全间分辨率为５?ｋｍＸ５ｋｍ，相邻两巾＠２３：图的时间间隔是３０?ｍｉｎ，经讳度??范围为?５０°?Ｅ？１５０°?Ｅ；?５°?Ｓ？６０。Ｎ。??由于本研宄进行风矢计算时使用王振会等人开发完成的的静止气象卫星云??迹风客观导出系统（ＣＷＩＳ）

与ＩＲ２两个通道的灰阶差要大于等于０。对于已判定为云的象元，要对其进行云??掩膜处理，来直观区分云象元和晴空象元。云掩膜处理就是将云象元的灰阶值??统一设为２５５?（最白亮）。图２．２为一幅ＩＲ１红外云图和云掩膜后的图像对比，??图中可以看出云掩膜后可以明显区分云象元和晴空象元。??图２．２?ＩＲ］红外云图和云掩膜图像??云检测和云掩膜之后，要利用二阶差分算法对连续两个时次的ＩＲ１、ＩＲ２通??道共计四幅云图进行处理，得到一张二阶差分图像，对连续三组相邻时次的云??１２??

通过估算示踪模块的位移来计算风矢的ｕ，ｖ分量，进一步就可以获得??风矢的大小和方向。??利用最大相关系数追踪示踪模块的思路如图２．３所示，图中的目标模块是??ｔｏ时刻的卫星云图上的示踪模块。在追踪过程中，为了减小计算量，首先需要??在下一时刻（ｔｉ时刻）的卫星云图中建立搜索区域，在搜索区域内，通过最大??相关系数算法来搜索匹配模块，匹配模块应是ｔｉ时刻卫星云图上与ｔｏ时刻卫星??云图上的目标模块相似度最高的模块。找到匹配模块后，通过计算该示踪模块??在Ａｔ时段内的位移（Ａｘ和Ａｙ），就可以分别计算出示踪模块在ｘ和ｙ方向的??分速度ｕ和Ｖ，卫星风矢的风速和风向就可以根据分量计算得到。??１３??
【参考文献】

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1 吴月;王振会;汤敏;赵航;;红外云图晴空区导风风矢高度指定方案与检验[J];遥感技术与应用;2014年06期

2 赵航;王振会;杨璐;詹奕哲;汤敏;;FY-2E红外通道“晴空区”水汽信息提取算法的改进与应用效果[J];国土资源遥感;2015年01期

3 王振会;汤敏;詹奕哲;赵航;吴月;;利用分裂窗算法提取晴空导风示踪物的数值模拟与应用[J];遥感学报;2014年05期

4 洪星园;傅云飞;冼桃;王雨;杨元建;衡志炜;;热带海表风速与海表温度日变化关系分析[J];气候与环境研究;2014年04期

5 杨璐;王振会;詹奕哲;张治国;;FY-2E红外通道晴空沙尘区时间差分法导风研究[J];遥感学报;2013年05期

6 薛谌彬;龚建东;何财福;王瑞春;;静止卫星云导风的质量控制及在同化中的应用[J];应用气象学报;2013年03期

7 张治国;王振会;詹奕哲;杨璐;;面向“红外云图晴空区导风”的FY-2E红外通道亮温度敏感性分析[J];热带气象学报;2013年02期

8 詹奕哲;王振会;张治国;;FY-2E分裂窗晴空沙尘区导风初步研究[J];遥感学报;2012年04期

9 刘瑞;翟国庆;王彰贵;朱业;沈杭锋;徐亚钦;;FY-2C云迹风资料同化应用对台风预报的影响试验研究[J];大气科学;2012年02期

10 刘健;;FY-2云检测中动态阈值提取技术改进方法研究[J];红外与毫米波学报;2010年04期

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1 张庆;“二阶差分法”静止卫星晴空风矢反演及评价[D];南京信息工程大学;2015年

2 汤敏;分裂窗差值法晴空区导风的数值模拟与实例研究[D];南京信息工程大学;2014年

3 杨璐;基于时间差分法的FY-2E红外通道晴空区导风研究[D];南京信息工程大学;2013年

本文编号：2852511