卫星导风的二维傅立叶相位分析技术初步研究.pdfVIP

维普资讯 第 27卷第 2期 VO1．27NO．2 2004年4月 Apr．2004 文章编号：1000—2022(2004)02—0210-08 卫星导风的二维傅立叶 相位分析技术初步研究 孙 林， 王振会， 许建明 a (南京气象学院 电子工程系，江苏 南京 2l0044) 南 摘 要：给出2一D傅立叶导风技术的理论推导，并运用数值模拟进行验证。介绍了示 京 踪云的2一D频域波谱分析技术，由谐波的相位变化一次计算出波速的两个分量，期 气 ． 望能避免一维导风方法因一维平移假设所引起的误差。 岖 象 关键词：云导风；傅立叶相位分析技术；误差 中图分类号：P4O5 文献标识码：A 学 -三 院 利用相关系数法处理地球静止气象卫星扫描辐射仪得到的30min间隔云图序列、追踪云 学№ 的移动、计算云迹风，在美国、日本、欧洲等国家和地区已业务运行二十多年，云迹风产品已被 报 ∞ 证明对∞天气分析和预报尤其是对探测资料稀少的海洋、沙漠地区的天气分析和预报有积极的 作用 。 y 对于追踪短生命期的云团．比如快速发展的积云，30min间隔显然太长。对于卫星导风而 言，云图时间间隔越短，适合于计算云迹风的示踪云就越多，就越能得到信息量大、质量高的云 迹风场_l2]。Purdom 一对美国G()ES卫星的1rain间隔云图的分析表明，云迹风有助于分析中 尺度运动场。但传统的相关技术。处理快速区域云图会产生 “亚像素尺度位移”问题 ]，影响导 风效果。 初步研究 。一表明，在利用快速区域云图进行导风的条件下，依据傅氏分析和波动理论可 以避免 “亚像素尺度位移”问题，并计算出风速、速度谱和方差。需要指出的是，Leese等 ]，Xu 等 使用了快速傅立叶变换FFT。但是，他们使用FFT的目的都是为了在相关系数计算中提 高速度，因此，在导风技术上仍属于传统的最大相关系数法。本文的傅立叶相位分析法对示踪 云模块图象进行频域波谱分析，由谐波的相位变化计算波速，最后由平均波速计算云迹风 ]。 首先分析一维傅立叶变换在云作二维运动时存在的误差，给出二维傅立叶相位分析法导 风的原理，最后利用数值模拟实验证实二维傅立叶相位分析法的长处。 l 一维傅立叶变换导风及云的二维运动所引起的误差 若连续周期函数满足狄里赫莱条件一。，周期为2L，在t时刻记为f(x，f)，可展开为傅立叶 级数 收稿 日期：2003—05—06；改回日期：2003—06一l9 基金项目：国家自然科学基金资助项 目；教育部高等学校骨干教师资助项 目 作者简介：孙 林(1975一)，男．山东枣庄人，硕士，研究方向：大气探测与遥感． 维普资讯 第2期 孙 林等：卫星导风的二维傅立叶相位分析技术初步研究 211 m ∽一 + ~a(ak(t)cosk7gT． ㈤ sinkTg,2~) (1) 一 +∑(f)c。s(竽一 (f))。 k一 1 ‘ 其中a，b为傅立叶系数 (f)为第k次谐波的振幅，h(f)为其相位。假设f(x，f)以速度 沿 方向运动，即各次谐波都以共同的速度 沿 方向平移。分别对f(x，t。)和f(x，t。)进行一维 傅立叶相位分析，可得各次谐波的运动速度：： h^(f2)一 h (f1) 。 ) 。 (2) 显然，