对流云合并的卫星雷达观测研究
发布时间：2020-09-08 09:49
综合利用天气雷达、气象卫星、地面自动站等大气观测资料,在统计多年样本的基础上,总结对流云合并的规律特征,揭示对流云合并的条件、物理过程和主要影响。研究内容包括技术方法、统计规律、宏微观特征以及合并对系统发展的影响等。在观测技术方法上,将数学形态学方法(膨胀、腐蚀、开运算和闭运算)引入到雷达图像噪声处理中,提升噪声滤除效果。同时,为有效监测对流云,在统计的基础上,确定三个不同级别的亮温阈值,以此来识别对流云,并进行分类。从应用结果来看,该方法不仅能够有效地从梅雨锋、台风等大尺度云系中的对流系统,而且还能在大范围的片状云系中检测出中小尺度的对流系统通过对2001-2006年江淮流域夏季卫星云图上对流云合并的普查,得到合并的基本特征和规律。结果表明：对流云合并具有明显的时空分布规律；80%以上的合并过程会使得云体发展,生命史延长。对比雷达回波和卫星云图的统计结果,两者总体相似,但是也存在一些差异。观测原理的不同、时空分辨率的差异、探测能力不同以及对流系统中存在的多个对流中心等,是造成差异的主要原因。统计结果还显示,只有65%的冰雹过程中出现对流云合并,平均每个过程出现1.9次合并；对于暴雨而言不仅有94%的过程出现了合并,而且平均每个过程发生合并的频次也高达11.6次。通过归纳暴雨和冰雹过程中合并的差异,也得到了区分暴雨云和冰雹云的线索。宏微观特征方面,通过综合观测分析建立对流云合并的概念模型。大尺度环境场中垂直运动存在的水平不均匀性,：是促成对流云团合并的环境因素；显著的地面气压梯度及其产生的气压梯度力,是对流系统间构成云桥,并最终合为一体的主要原因；云核合并的动力学原因是一个云核下沉气流加强了另一个云核的上升气流。在微物理方面,合并开始时,在连接处出现雨水区。只有从中下部开始的合并过程中,会出现冰相粒子面积显著增多的现象；而从上部开始的合并过程则不会出现云中冰相粒子面积显著增加。在中尺度对流系统形成发生过程中,合并过程不仅促成中尺度对流系统的生成,使得云体增强发展,而且为对流系统的维持补充了能量,使得系统生命史得到延长。合并机制可以归结为内部动力结构变化和外致碰撞合并这两大类。其中,在系统形成阶段,外致碰撞合并是主要的机制。而在发展维持阶段,包括气压梯度力、辐合抬升、下沉-上升环流等在内的内部动力结构及其变化,是发生合并的主要原因。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P412.25
【部分图文】：
逦／逡逑ｄ逦Ｌ逦直接法逡逑图２．１直接法和间接法示意图逡逑坐标转换；由于雷达探测的回波信息是建立在雷达站为极点的极坐标系下的数逡逑据，为了方便与气象卫星和地面观测数据的联合分析，需要将数据的坐标系由极坐标系逡逑转换为一定空间分辨率的经绵度网格坐标。坐标转换采用信息的重采样来进行。重采样逡逑的方法有直接法和间接法，如图２．１所示。由于直接法中，计算原始图像上每个像元点逡逑在经过重采样Ｗ后的图像下简称采样后图像）上像元点坐标（Ｘ，Ｙ）可能不是整数逡逑值，因此采样后图像上整数像元点位置的数值必须通过内插的方法获得。而间接法可逡逑避免送种内插。因此，选用间接法来进行重采样。重采样坐标变换画数如下：逡逑Ｌ邋＝邋ｘａｒｃｃｏｓ［ｃｏｓＷ0邋ｘｃｏｓＷ；．邋ＸＣＯＳ（马－Ｇ0）邋＋邋ｓｉｎＷ0邋ｘｓｉｎＷｊ］逦（式邋２．邋５）逡逑１５逡逑
逑像上，会经常出现一种不服从任何分布的块状噪声，这种噪声由实际需求确定，噪声区逡逑域是Ｗ小块形式覆盖在原始图像。图２．４是一张原始的雷达回波图，从图中可Ｗ看出，逡逑ｌＯＯＫｍｉ＾内（第二个圈レッ内）的雷达信息中噪声（主要指蓝紫色的颗粒）明显。这些噪逡逑声表现出来的主要特征是数值的上不连续和离散。逡逑噪声帷紫色ｗ逡逑图２．４含有噪声信号的雷达回波图逡逑这些噪声对于利用雷达回波来识别对流和强降水带来了较大的障碍。因此，有必要逡逑在保留有效回波的基础上，进行这些噪声的滤除，并尽可能地恢复出受噪声影响的回波逡逑信息（被噪声遮挡的区域）。逡逑传统方法主要根据一定的迭代计算，将噪声进行模糊。但是，这种方法会X椉泳植垮义锨蚰谙袼氐阒涞南喙匦裕雇枷癖涞媚：椅薹ɑ指幢辉肷跋觳糠值男畔ⅰＡ硪诲义现殖Ｓ玫姆椒ㄎ捣椒ǎü崛≡肷虻奶卣鞣е道慈コ肷５牵捣ㄔ阱义先コ肷耐笨赡芑崧顺粢恍┯杏玫男畔ⅰＨ缤迹玻粗械幕夭ǎ保涤朐肷咏ń渝义辖鼌妥仙赡鼙环е捣ǖ背稍肷顺ｅ义衔
本文编号：2814031
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P412.25
【部分图文】：
逦／逡逑ｄ逦Ｌ逦直接法逡逑图２．１直接法和间接法示意图逡逑坐标转换；由于雷达探测的回波信息是建立在雷达站为极点的极坐标系下的数逡逑据，为了方便与气象卫星和地面观测数据的联合分析，需要将数据的坐标系由极坐标系逡逑转换为一定空间分辨率的经绵度网格坐标。坐标转换采用信息的重采样来进行。重采样逡逑的方法有直接法和间接法，如图２．１所示。由于直接法中，计算原始图像上每个像元点逡逑在经过重采样Ｗ后的图像下简称采样后图像）上像元点坐标（Ｘ，Ｙ）可能不是整数逡逑值，因此采样后图像上整数像元点位置的数值必须通过内插的方法获得。而间接法可逡逑避免送种内插。因此，选用间接法来进行重采样。重采样坐标变换画数如下：逡逑Ｌ邋＝邋ｘａｒｃｃｏｓ［ｃｏｓＷ0邋ｘｃｏｓＷ；．邋ＸＣＯＳ（马－Ｇ0）邋＋邋ｓｉｎＷ0邋ｘｓｉｎＷｊ］逦（式邋２．邋５）逡逑１５逡逑
逑像上，会经常出现一种不服从任何分布的块状噪声，这种噪声由实际需求确定，噪声区逡逑域是Ｗ小块形式覆盖在原始图像。图２．４是一张原始的雷达回波图，从图中可Ｗ看出，逡逑ｌＯＯＫｍｉ＾内（第二个圈レッ内）的雷达信息中噪声（主要指蓝紫色的颗粒）明显。这些噪逡逑声表现出来的主要特征是数值的上不连续和离散。逡逑噪声帷紫色ｗ逡逑图２．４含有噪声信号的雷达回波图逡逑这些噪声对于利用雷达回波来识别对流和强降水带来了较大的障碍。因此，有必要逡逑在保留有效回波的基础上，进行这些噪声的滤除，并尽可能地恢复出受噪声影响的回波逡逑信息（被噪声遮挡的区域）。逡逑传统方法主要根据一定的迭代计算，将噪声进行模糊。但是，这种方法会X椉泳植垮义锨蚰谙袼氐阒涞南喙匦裕雇枷癖涞媚：椅薹ɑ指幢辉肷跋觳糠值男畔ⅰＡ硪诲义现殖Ｓ玫姆椒ㄎ捣椒ǎü崛≡肷虻奶卣鞣е道慈コ肷５牵捣ㄔ阱义先コ肷耐笨赡芑崧顺粢恍┯杏玫男畔ⅰＨ缤迹玻粗械幕夭ǎ保涤朐肷咏ń渝义辖鼌妥仙赡鼙环е捣ǖ背稍肷顺ｅ义衔
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