基于数学形态学的三维风暴体自动识别方法研究-气象学报.PDF

第 卷第 期 气 象 学 报 ， ６５ ５ Ｖｏｌ．６５ Ｎｏ．５ 　 　 　 年 月　　　　　　 　　　　　　 　 　 　 　 　　　　　　　 ２００７ １０ ＡＣＴＡＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡ Ｏｃｔｏｂｅｒ２００７ 　 基于数学形态学的三维风暴体自动识别方法研究 １ ２ １ １ 韩 雷 郑永光 王洪庆 林隐静 　 　 　 　 １北京大学物理学院大气科学系，北京，１００８７１ ２国家气象中心，北京，１０００８１ 摘 要 　　 基于雷达数据的风暴体识别、追踪及预警方法是重要的临近预报技术之一，其中准确的风暴体自动识别是进 　　 行风暴体自动追踪和预警的前提。在风暴体识别中常会碰到的两个问题是：虚假合并和从风暴簇中分离出相距较 近的风暴单体。美国国家大气科学研究中心提出的 （ ， ， ， ＴＩＴＡＮ ＴｈｕｎｄｅｒｓｔｏｒｍＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｔｒａｃｋｉｎ Ａｎａｌｓｉｓａｎｄ ｇ ｙ Ｎｏｗｃａｓｔｉｎｇ）算法使用单阈值进行识别，容易将相邻的多单体回波识别为一个风暴体。美国国家强风暴实验室提 出的 （ ）算法使用 个反射率因子阈值进行识别，可以较好地分离出风暴 ＳＣＩＴＳｔｏｒｍＣｅｌｌＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄＴｒａｃｋｉｎｇ ７ 簇中的风暴单体，但它直接抛弃了低阈值的识别结果，导致风暴体内部结构信息的丢失。ＳＣＩＴ的这种识别策略可 能会使处于初生阶段、强度较低的风暴体被错误地抛弃掉。 和 都无法完全识别出相邻风暴的虚假合 ＴＩＴＡＮ ＳＣＩＴ 并。为了解决这两个问题，文章提出了基于数学形态学的识别方法。该方法首先使用第 级阈值进行单阈值识 １ 别；其次，对识别得到的风暴体执行基于动态卷积模板的腐蚀操作，以消除虚假合并；然后，使用高一级阈值进行识 别，并对识别得到的风暴体进行膨胀操作，当风暴体的边界在膨胀的过程中相互之间接触，或接触到了原来较低阈 值识别的风暴体的边界时，则停止膨胀过程；最后，逐次使用更高级别的阈值进行识别，并在每一级阈值的识别过 程中执行腐蚀和膨胀操作。试验结果表明，通过在多阈值识别的过程中综合使用膨胀和腐蚀操作，基于数学形态 学的三维风暴体识别方法不仅能够成功地识别出风暴体的虚假合并，同时还能在从风暴簇中分离出相距较近的风 暴单体时，尽可能多地保留风暴单体的内部结构信息。 关键词：多普勒雷达，风暴体识别，临近预报，数学形态学。 作为最早出现的临近预报方法，基于雷达数据 １ 引 言