ISSN 1004-4965

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基于CGAFNet的卫星云图临近预报研究

康奇秀 杜东升 陈立福 欧小锋 叶成志

康奇秀, 杜东升, 陈立福, 欧小锋, 叶成志. 基于CGAFNet的卫星云图临近预报研究[J]. 热带气象学报, 2024, 40(6): 1074-1084. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.094
引用本文: 康奇秀, 杜东升, 陈立福, 欧小锋, 叶成志. 基于CGAFNet的卫星云图临近预报研究[J]. 热带气象学报, 2024, 40(6): 1074-1084. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.094
KANG Qixiu, DU Dongsheng, CHEN Lifu, OU Xiaofeng, YE Chengzhi. Satellite Cloud Image Nowcasting Based on CGAFNet[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2024, 40(6): 1074-1084. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.094
Citation: KANG Qixiu, DU Dongsheng, CHEN Lifu, OU Xiaofeng, YE Chengzhi. Satellite Cloud Image Nowcasting Based on CGAFNet[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2024, 40(6): 1074-1084. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.094

基于CGAFNet的卫星云图临近预报研究

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.094
基金项目: 

国家自然科学基金联合基金项目 U2242201

湖南省自然科学基金重大项目 2021JC0009

详细信息
    通讯作者:

    杜东升,男,湖南省人,研究员级高级工程师,主要从事卫星遥感应用方面的研究。E-mail:windrisingdl@163.com

  • 中图分类号: P456.1

Satellite Cloud Image Nowcasting Based on CGAFNet

  • 摘要: 卫星云图外推技术能及时掌握云团的运动轨迹和变化情况,为临近预报和灾害性天气的监测提供重要参考。然而,现有的云图预测方法存在难以捕捉小尺度云团发展、云图细节特征不清晰、预测结果逐渐模糊等问题,导致最终的预报效果不理想。为了有效提取卫星云图的时空信息,预报中小尺度云团的发展,利用FY-4A红外云图,以湖南区域为中心的中东部地区作为研究对象,从时空序列预测的角度出发,提出了一种卷积门控循环注意力融合网络(ConvGRU Attention Fusion Network,CGAFNet),并提出了主副损失(Primary and Secondary Loss,PaSLoss)作为模型的损失函数,构建了编-解码结构,更好地提取了卫星云图的时空信息。为验证网络框架的有效性,与三个典型网络进行对比实验,结果表明,CGAFNet在云图外推任务中均方根误差为10.00 K,结构相似性为0.74,峰值信噪比为31.43,该模型能准确预测云团的生消演变过程,在各项指标上均优于其它网络,证明该方法能获得更准确的预测精度,且具备良好的泛化能力。

     

  • 图  1  CGAFNet整体网络结构图

    图  2  特征提取模块

    图  3  ConvGRU结构示意图

    图  4  不同模型在不同时长的外推效果对比

    图  5  2018年9月1日13:45—16:00云团初生案例的不同外推方案对比

    图  6  2018年7月8日05:15—07:30云团合并案例的不同外推方案对比

    图  7  2018年7月19日13:30—15:45云团分裂案例的不同外推方案对比

    表  1  不同模型测试结果对比

    方法 RMSE /K SSIM PSNR
    CGAFNet 10.00↓ 0.74↑ 31.43↑
    GAN-CLSTM 10.58 0.69 31.1
    ConvLSTM 10.16 0.71 30.91
    Optical Flow 11.17 0.68 30.06
    下载: 导出CSV

    表  2  补充实验不同模型测试结果对比

    方法 RMSE /K SSIM PSNR
    CGAFNet 9.78↓ 0.75↑ 31.46↑
    GAN-CLSTM 10.14 0.74 31.22
    ConvLSTM 9.95 0.7 30.09
    Optical Flow 10.65 0.67 30.04
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-24
  • 修回日期:  2024-11-08
  • 网络出版日期:  2025-03-28
  • 刊出日期:  2024-12-20

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