基于雷达回波光流法外推的全国短临降水实时预报算法研究

发布时间：2021-11-11 11:29

　　短临实时降水预报可以对一个地区未来0～3小时的降水进行精细化预报,对于灾害信息提前预警具有重要意义。基于雷达回波外推的降水预报作为广泛应用的方法,但实现实时、准确的预报效果仍是一个具有挑战性的课题。首先是预报系统的实时性问题,要求必须在6分钟内完成一次降水预报。当预报覆盖范围较大时,基于光流法的雷达回波外推和气象产品输出耗时总计超过20分钟,预报具有滞后性。其次在雷达回波外推中,Horn-Schunck光流法外推得到的回波容易产生噪点,外推准确性差。接着在定量降水估测中,由于中小尺度天气系统变化迅速、观测数据规模较大,基于离线模型的估测算法无法满足预报系统实时性和效率方面的要求。雷达回波数据和站点观测数据作为一种流式数据,适合在线学习方式更新模型。本文针以上问题,从雷达回波外推预报、定量降水估测和产品并行化输出三个方面进行研究。主要研究工作包括以下内容:首先,本文将Horn-Schunck和Lucas-Kanade融合光流算法引入雷达回波外推预报过程。具体地,将Lucas-Kanade算法的高斯卷积模板添加到Horn-Schunck算法中,减少外推回波中的噪点。为了减少矢量场计算的时间... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

连续时次雷达回波图像序列1

第二章短临降水预报相关原理9短临降水预报过程如图2-1所示，主要分为两个步骤：雷达回波外推预报和雷达定量降水估测。具体过程如下：第一步对雷达回波进行外推，即根据相邻两个时刻的雷达回波图预测下一个时刻雷达回波的分布位置和大校T1和T两个相邻时刻的雷达回波拼图如图2-2所示。根据相邻两个时次推测出回波整个图像的运动矢量场，如图2-3所示。假设雷达回波的速度变化在未来3小时内是一致，根据运动矢量场可以外推出3小时内任何时刻的回波形状和位置。常用的雷达回波外推方法包括单体质心法、交叉相关法和光流法。图2-2T-1时刻和T时刻的雷达回波拼图图2-3雷达回波图像的运动矢量场第二步进行定量降水估测，将雷达回波反射率因子反演为降水。反射率因子用来衡量目标对雷达电磁波散射能力的强弱，可以在一定程度上表现云层降水粒子的密度。因此回波反射率因子和降水量存在着一定的函数关系。图2-4是台风“山竹”经过华南地

第三章光流法外推求解和并行优化25图3-1网格格点图3.2.1算法过程多重网格方法主要由两部分组成：细网格光滑和粗网格校正。通过这两个操作递归更新方程解。在细网格光滑步骤中：延拓算子作用在粗网格上得到细网格上的值。在粗网格校正步骤中，限制算子将细网格格点限制到粗网格上。5.024572630861529644.52.85.32x2平均池化Avg(2,6,3,0)=2.8图3-2平均池化示意图本文短临降水实时预报系统中使用2x2平均池化作为限制算子，使用双线性插值算法作为延拓算子。一个×大小的图片经过平均池化形状变成(/2)×(/2)，原图像2x2大小的区域取平均值作为粗网格上1x1区域的数值。如图3-2所示，一个4x4大小的网格经过2x2平均池化得到一个2x2大小的网格。

【参考文献】：
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本文编号：3488778