ISSN 1004-4965

CN 44-1326/P

用微信扫描二维码

分享至好友和朋友圈

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

用改进的光流法和卫星TBB资料进行对流临近预报

齐大鹏 杨林 周明飞 朱文达

齐大鹏, 杨林, 周明飞, 朱文达. 用改进的光流法和卫星TBB资料进行对流临近预报[J]. 热带气象学报, 2023, 39(1): 47-54. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.005
引用本文: 齐大鹏, 杨林, 周明飞, 朱文达. 用改进的光流法和卫星TBB资料进行对流临近预报[J]. 热带气象学报, 2023, 39(1): 47-54. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.005
QI Dapeng, YANG Lin, ZHOU Mingfei, ZHU Wenda. CONVECTIVE NOWCASTING USING IMPROVED OPTICAL FLOW METHOD AND SATELLITE TBB DATA[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2023, 39(1): 47-54. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.005
Citation: QI Dapeng, YANG Lin, ZHOU Mingfei, ZHU Wenda. CONVECTIVE NOWCASTING USING IMPROVED OPTICAL FLOW METHOD AND SATELLITE TBB DATA[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2023, 39(1): 47-54. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.005

用改进的光流法和卫星TBB资料进行对流临近预报

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.005
基金项目: 

贵州省气象局重大业务科研项目 黔气标合ZY[2020] 01号

详细信息
    通讯作者:

    齐大鹏,男,云南省人,工程师,从事短临天气预报方法研究。E-mail:dpqnju@126.com

  • 中图分类号: P456.1

CONVECTIVE NOWCASTING USING IMPROVED OPTICAL FLOW METHOD AND SATELLITE TBB DATA

  • 摘要: 为了在缺少雷达观测的地区开展对流临近预报,利用光流法和半拉格朗日外推法进行了卫星云图外推实验,同时利用无辐散约束改进光流矢量来避免云图辐散失真。(1) 光流法反演的风场能够准确反映出台风涡旋环流结构,采用半拉格朗日方案进行外推,可以保持云系的旋转特性,具有良好的稳定性和精度,但随着外推时间的增加光流矢量中的噪声会导致云图辐散失真。(2) 无辐散约束减少了风矢量杂乱无序现象,弥补了缺失的光流,还能对风速进行平滑,使风速空间梯度更平滑。(3) 用改进后的风场进行外推,避免了云系辐散失真,在保持其形态不被破坏的同时,还能减少云团TBB虚假增长。(4) 检验表明改进后的外推预报方案,具有更小的平均绝对误差,MAE提高了4%,临界成功指数提升了9%。

     

  • 图  1  TBB和反演的风场

    a. 光流法反演的原始风场;b. 加以无辐散约束改进后的风场。

    图  2  采用半拉格朗日方法对台风“山竹”的6 h外推预报和对应的观测

    a 1~a4为9月15日19时、20时、21时、16日00时卫星TBB观测;b1~b4为与观测时间对应的采用原始风场外推预报结果;c1~c4为采用无辐散约束处理后的风场外推预报结果,时间与观测一致。

    图  3  预报评分

    a. MAE;b.-70 ℃阈值预报技巧评分;c.-60 ℃阈值预报技巧评分;d.-50 ℃阈值预报技巧评分。黑色线条为原始风场外推预报,红色线条为无辐散约束改进后的风场外推预报。

    表  1  评分统计表

    预报技巧评分 MAE POD FAR CSI
    POS 13.5 0.73 0.73 0.25
    NPOS 14.05 0.78 0.76 0.23
    Rate -0.04 -0.07 -0.04 0.09
    下载: 导出CSV
  • [1] WILK K J, GRAY K G. Processing and analysis techniques used with the NSSL weather radar system[C]. Preprints 14th Conf On Radar Meteor, 1970: 367-374.
    [2] 陈明轩, 王迎春, 俞小鼎. 交叉相关外推算法的改进及其在对流临近预报中的应用[J]. 应用气象学报, 2007, 18(5): 690-701. doi: 10.3969/j.issn.1001-7313.2007.05.014
    [3] TUTTLE J D, FOOTE G B. Determination of the Boundary Layer Airflow from a Single Doppler Radar[J]. J Atmos Oceanic Technol, 1990, 7(2): 218-232. doi: 10.1175/1520-0426(1990)007<0218:DOTBLA>2.0.CO;2
    [4] RINEHART R E. A pattern recognition technique for use with conventional weather radar to determine internal storm motions[J]. Atmos Technol, 1981, 13(1): 119-134.
    [5] LI L, SCHMID W, JOSS J. Nowcasting of motion and growth of precipitation with radar over a complex orography[J]. J Appl Meteor, 1995, 34(6): 1 286-1 300. doi: 10.1175/1520-0450(1995)034<1286:NOMAGO>2.0.CO;2
    [6] 陈雷, 戴建华, 陶岚. 一种改进后的交叉相关法(COTREC)在降水临近预报中的应用[J]. 热带气象学报, 2009, 25(1): 117-122. https://rdqxxb.itmm.org.cn/article/id/200901015
    [7] SHERMAN C A. A mass-consistent model for wind fields over complex terrain[J]. J Appl Meteor, 1978, 17(4): 312-319.
    [8] 黄旋旋, 朱科锋, 赵坤. 改进后TREC外推方法在台风临近降雨预报中的应用[J]. 气象科学, 2017, 37(5): 610-618. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXKX201705005.htm
    [9] 邹海波, 章毅之, 解震华, 等. COTREC方法在江西地区的应用和检验[J]. 气象与减灾研究, 2019, 42(2): 105-112. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HXQO201902004.htm
    [10] 张亚萍, 程明虎, 夏文梅, 等. 天气雷达回波运动场估测及在降水临近预报中的应用[J]. 气象学报, 2006, 64(5): 632-634. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXXB200605009.htm
    [11] 徐亚钦, 翟国庆, 黄旋旋, 等. 基于TREC法以多重动态区域反演风场[J]. 浙江大学学报(工学版), 2011, 45(10): 1 738-1 745. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDZC201110010.htm
    [12] 韩雷, 王洪庆, 林隐静. 光流法在强对流天气临近预报中的应用[J]. 北京大学学报: 自然科学版, 2008, 44(5): 751-755. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BJDZ200805019.htm
    [13] 张蕾, 魏鸣, 李南, 等. 改进的光流法在回波外推预报中的应用[J]. 科学技术与工程, 2014, 14(32): 1 671-1 815. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXJS201432029.htm
    [14] SHI X J, CHEN Z R, WANG H, et al. Convolutional LSTM Network: A Machine Learning Approach for Precipitation Nowcasting[C]. NIPS'15: Proceedings of the 28th International Conference on Neural Information Processing Systems, 2015, 1: 802-810.
    [15] 张艳霞, 蒙伟光, 张诚忠, 等. LAPS云分析中卫星资料的应用及对GRAPES模式短时预报的影响[J]. 热带气象学报, 2015, 31(5): 599-607. https://rdqxxb.itmm.org.cn/article/id/20150503
    [16] 王洪, 王东海, 万齐林. FY2E辐射资料的直接同化试验研究[J]. 热带气象学报, 2016, 32(3): 334-345. https://rdqxxb.itmm.org.cn/article/id/20160305
    [17] 董海萍, 袁炳, 罗雨. 多源资料循环同化在台风"潭美"预报中的应用[J]. 热带气象学报, 2017, 33(4): 433-441. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.04.001
    [18] 隋新秀, 王振会, 鲍艳松, 等. FY-2E晴空风矢同化对台风分析和预报的影响研究[J]. 热带气象学报, 2018, 34(6): 819-831. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2018.06.010
    [19] 刘甫, 明杰, 张翰, 等. 热带气旋"凤凰"(2014)的结构演变及其引起的海洋响应分析[J]. 热带气象学报, 2020, 36(4): 552-561. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.051
    [20] 张琪, 任景轩, 肖红茹, 等. 基于FY-4A卫星资料的四川盆地MCC初生和成熟阶段特征[J]. 大气科学, 2021, 45(4): 863-873. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK202104011.htm
    [21] 韩芙蓉, 鹿翔, 冯晓钰, 等. 台风Lekima(1909)登陆前后动热力结构变化对浙江极端降水的影响[J]. 热带气象学报, 2021, 37(1): 34-48. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.004
    [22] VADIM L, VLADIMIR I, IRINA R, et al. Precipitation nowcasting with satellite imagery[C]. In The 25th ACM SIGKDD Conference on Knowledge Discovery and Data Mining (KDD '19), August 4-8, 2019, Anchorage, AK, USA. ACM, New York, NY, USA, 9 pages.
    [23] KUMAR A, ISLAM T, SEKIMOTO Y, et al. Convcast: An embedded convolutional LSTM based architecture for precipitation nowcasting using satellite data[J]. PLOS ONE, 2020, 15(3): e0230114.
    [24] OTSUKA, SHIGENORI, KOTSUKI, et al. Nowcasting with data assimilation: A case of global satellite mapping of precipitation[J]. Wea Forecasting, 2016, 31(5): 1409-1416.
    [25] LIU Y, XI D G, LI Z L, et al. A new methodology for pixel-quantitative precipitation nowcasting using a pyramid Lucas Kanade optical flow approach[J]. J Hydrology, 2015, 529354-364.
    [26] 纪丞. 基于FY-4A卫星的对流云监测预报方法研究[D]. 南京: 南京信息工程大学, 2020.
    [27] 江吉喜, 范梅珠. 青藏高原夏季TBB场与水汽分布关系的初步研究[J]. 高原气象, 2002, 21(1): 20-24. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX200201003.htm
    [28] 曹钰, 岳彩军, 寿绍文. 热带气旋(TC)环流内对流核数、TBB特征与TC强度关系统的计合成分析[J]. 热带气象学报, 2013, 29(3): 381-392. https://rdqxxb.itmm.org.cn/article/id/20130304
    [29] FARNEBACK G. Polynomial expansion for orientation and motion estimation[D]. PhD thesis, inkoping University, Sweden, 2002.
    [30] FARNEBACK G. Very high accuracy velocity estimation using orientation tensors, parametric motion, and simultaneous segmentation of the motion field[C]. In: Proceedings of the Eighth IEEE International Conference on Computer Vision. Volume I., Vancouver, Canada (2001)171-177.
    [31] ADELSON E H, ANDERSON C H, BERGEN J R, et al. Pyramid methods in image processing[J]. RCA Engineer, 1984, 29(6): 33-41.
    [32] 王改利, 赵翠光, 刘黎平, 等. 雷达回波外推预报的误差分析[J]. 高原气象, 2013, 32(3): 874-883. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX201303026.htm
  • 加载中
图(3) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  12
  • HTML全文浏览量:  2
  • PDF下载量:  1
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-15
  • 修回日期:  2022-11-08
  • 刊出日期:  2023-02-20

目录

    /

    返回文章
    返回