傅立叶相位分析导风技术的适用范围和相位重叠分析

本文利用傅立叶相位分析法对示踪云进行频域波谱分析，通过谐波的相位变化计算波速，从而导出云迹风(Cloud Motion Wind—CMW)。本文研究表明，对于给定的导风云图序列，如果示踪云在给定时间间隔内的位移小于两个像距，适用傅立叶相位分析法计算云迹风；否则，在用傅立叶相位分析法计算波速时由于高次谐波出现相位重叠，从而使计算的波速小于实际风速，此时适用最大相关系数法。     

利用静止卫星云图进行二维傅里叶相位导风试验

根据二维傅里叶相位分析原理,对1 min间隔的IR云图进行由云推导风的反演。利用模块高度频数直方图把云分为高、中、低云。对连续三幅IR云图进行二维傅里叶相位导风计算,得到两个反演风场,对两个风场相同位置上的风矢进行逐点比较,剔除风向或风速差别较大的风矢,再对处理后的风场进行高度调整法的质量控制,把不合理的风矢剔除或调整到合理的高度层,得到连续性较好的风场。     

图割模型在卫星云图云检测中的应用

提出一种基于图割模型的卫星云图云检测方法。利用FY-2C卫星云图的长波红外通道和可见光通道的云图提取了10个灰度特征和80个Gabor纹理特征,再用主成分分析方法（principal component analysis,PCA）降维到9个主成分。将这9个主成分构成的特征作为每个像素的特征,建立相似度矩阵,再利用改进的NormalizedCuts模型进行分割,将云图分成了晴空区域和有云区域。与地面观测结果相比,平均一致率达到86．51％,表明将Gabor纹理特征和灰度特征相结合并利用改进的Normalized Cuts模型对卫星云图云检测有比较好的效果。     

图象相关分析法判别因子的比较与实验

天气雷达跟踪回波运动,或卫星云图上示踪云测风,广泛使用相关分析法。本文对比方法中的判别因子进行了理论分析,数值模拟和个例实验。结果表明,在回波结构变化时,用原点矩相关系数R_3作为相关分析法的判定因子跟踪回波或示踪云,较中心矩相关系数R_1和相关亮度综合因子R_2有一定的优越性。     

夏季长江中游AB区雷雨大风天气的卫星云图概念模式

从间隔3小时一次的静止卫星云图上发现,对一些生命很短、尺度很小的雷雨大风天气,并非都能很好地进行分析,尤其是对一些短时大风天气,其持续时间只有几分钟或十几分钟,根据卫星云图分析这种天气有一定的困难.但是,对某些雷雨大风天气,可以在卫星云图上进行监视,分析其发生发展的演变特征与天气尺度云系间的相互作用.为了利用静止卫星云图,建立云图的概     

基于局部阈值插值的地基云自动检测方法

地基云自动化观测是当前气象业务发展的迫切需求.目前的地基云检测算法仍主要是以阈值为基础,针对固定阈值和全局阈值算法在云检测精度方面存在的不足,利用晴朗天空下天空呈蓝色、云呈白色的属件,提出了一种基于局部阈值插值的地基云自动检测方法.该方法在对云图进行重采样后,对云图蓝、红波段进行归一化差值处理,再将处理后的结果图像按空间像素位置自动分成互不重叠、大小相等的均匀子块,对每一子区域采用一定的规则并结合改进的最大类间方差自适应阈值算法计算局部阈值,然后对每一子区域形成的阈值矩阵采用双线性插值算法进行插值处理,形成与原始云图大小相等的阈值曲面,利用此阈值曲面与云图蓝、红波段归一化差值处理结果进行比较,即可完成地基云的自动检测.与固定阈值和全局阈值算法相比,局部阈值插值算法对一些细碎的云和与背景反差不大的云获得了更好的检测效果.定量的评估结果表明,固定阈值方法在正确率和精确度上都要远远低于全局阈值和局部阈值方法,而文中提出的局部阈值算法在正确率和精确度上相比全局阈值算法又有较大提高.     

地面观测中云的自动化识别

针对目前地面观测中对云仍依靠目测,记录难免存在主观性偏差的问题,提出以集体观测云况记录为基础,综合考虑云图的颜色和形状,从建立云图颜色、梯度方向角数据库入手,用云图检索的方法判断云况信息.检验结果表明,该方法在天空能见度较好、云图数据库较大的情况下识别正确率较高.     

基于卫星辐射率资料的两种三维云反演方法对比研究

基于格点统计插值分析系统（Gridpoint Statistical Interpolation analysis system,简称GSI）,利用粒子滤波（Particle Filter,简称PF）方法对卫星红外辐射率资料进行了云覆盖、云高等三维云图产品的反演研究。选取了具有高时空分辨率的静止卫星GOES（Geostationary Operational Environmental Satellites）-Imager辐射率资料进行了云反演试验,初步评估了PF云反演方法的可行性及其与多元极小残差（Multivariate and Minimum Residual,简称MMR）云反演方法的异同。结果表明:两种方法反演得到的云覆盖和云顶气压与NASA基于CO₂切片法反演得到的GOES云产品一致性较高。PF和MMR方法反演产品的优点是云图信息是三维分布的,相对于NASA提供的GOES云产品能提供更全方位立体的云信息。MMR方法需要利用一维变分逐步拟合观测来反演三维云图产品;PF方法采用不同模式垂直层的云覆盖比例作为不同粒子来近似后验概率分布,计算效率大大提高。进一步提出了一种新的基于“扰动粒子”的粒子滤波云反演方法,结果表明:在滤波过程中采用足够多的粒子样本（样本数量约为250）可以改进后验概率密度函数的估计,有效地避免了粒子发散问题,改善了云反演的结果。     

利用卫星云图估算黄河中游地区平均面雨量

介绍了利用卫星云图资料估算黄河中游面雨量的基本方法将GMS卫星1 h间隔的可见光和红外云图作为判别的两个特性进行分类,确定红外线资料的所有最小值点作为对流核;参照Negri-Adler的方法,应用斜率参数消除卷云;应用一维云模式确定红外线图上对流核的降水率,层状云降水通过一个温度阈值给出.另外,通过对2001年7月26日至28日黄河流域出现的一次较强降雨过程进行应用分析,得出结论--利用卫星云图估算黄河中游地区平均面雨量的方法具有很好的实用价值.     

双站数字摄像测量云高

文章提出一种新的地基、双站数字摄像测量云高的方法, 采用两台数字摄像仪同时拍摄实时云图, 自动搜索两幅图像中相互匹配的特征区域, 通过计算特征区域之间的位移量来求取云高。将双站数字摄像云高测量系统与合肥骆岗机场激光测云仪进行对比, 结果较一致。通过对云高计算公式的误差分析确定了适于该系统进行测量的条件, 如基线长度应尽可能长, 但不宜超过200 m, 有效的云高测量视场角在±45°以内。此外还讨论了该方法的优点和局限性。     

A PRELIMINARY STUDY OF FOURIER SERIES ANALYSIS ON CLOUD TRACKING WITH GOES HIGH TEMPORAL RESOLUTION IMAGES

Fourier series analysis is proposed as a new technique to address the problem of“sub-pixelmotion”in deriving cloud motion winds(CMW)from high temporal resolution images.Based on aconcept different from that of maximum correlation matching technique,the Fourier techniquecomputes phase speed as an estimate of cloud motion.It is very effective for tracking small cellularclouds in 1-min interval images and more efficient for computation than the maximum correlationtechnique because only two templates in same size are involved in primary tracking procedure.Moreover it obtains not only CMW vectors but potentially also velocity spectrum and variance.Apractical example is given to show the cloud motion winds from 1-min interval images with theFourier method versus those from traditional 30-min interval images with maximum correlationtechnique.Problems that require further investigation before the Fourier technique can be regardedas a viable technique,especially for cloud tracking with high temporal resolution images,are alsorevealed.     

两种导风方法在台风路径分析中的 应用比较研究

基于云导风使用的最大相关法（已经广泛应用）和TCFM法（傅立叶相位分析法和最大相关法相结合）两方法的原理,开发了利用FY-2C静止气象卫星30min间隔卫星云图资料获得云迹风的可视化导风实验系统。利用该系统处理2005年夏季麦莎、卡努、龙王等3个台风期间的卫星云图,对得到的云迹风进行台风路径反演分析。结果表明,TCFM导风方法得到的结果优于最大相关法。     

三种云导风资料及其对台风数值预报影响试验的比较分析

由于在海面上缺乏重要的常规观测资料,因而云导风成为研究西太平洋台风一种不可缺少的重要资料。为了对“南京信息工程大学”开发的云导风系统(CWIS)进行质量评价及其对台风研究的贡献,选取了三种云导风资料进行综合对比。通过对比CWIS导出FY2C云迹风数据、中国气象局国家卫星中心(NSMC)导出FY2C云迹风数据和日本气象卫星中心（JMSC）的MTSAT云导风数据,采用逐点比较法分析了不同资料的精度与误差。所得结果发现：CWIS的风速与JMSC风速、NSMC的风向与JMSC风向分别均有较好的一致性。使用三重制约法获得了三种云导风资料的误差信息,风速误差标准差以JMSC最小、NSMC最大;风向误差标准差以JMSC最小、CWIS最大。云导风资料在中尺度对流云带和高空急流云带上,NSMC云导风风速大于CWIS、JMSC;而在台风云系上三种云导风资料没有特别的差异。根据以上比较的三种云导风资料的结果,进行了云导风资料对台风路径数值预报的影响的初步试验。结果表明：加入云导风资料模拟后得到的台风移动路径与实况总体上比较接近,不同的资料导出不同的结果,台风中心位置误差减小到23%~74%。     

Estimation of Cloud Motion Using Cross-Correlation

ＥｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆＣｌｏｕｄＭｏｔｉｏｎＵｓｉｎｇＣｒｏｓ－ＣｏｒｅｌａｔｉｏｎＬｉＺｈｅｎｊｕｎ（李振军）ＡｉｒＦｏｒｃｅＣｅｎｔｅｒｏｆＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ,Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８４３ＲｅｃｅｉｖｅｄＡｕｇｕｓｔ２５,１９９７;ｒｅｖｉｓ...     

基于尺度不变特征变换的云导风计算方法

提出了基于尺度不变特征变换的云导风计算方法,通过计算图像的尺度不变特征点并进行特征点匹配得到云导风矢量结果。选取风云2号卫星拍摄的卫星云图作为实验基础数据,运用传统的最大相关系数法和基于尺度不变特征变换的匹配方法,对得到的两种计算结果进行对比分析。结果表明:基于尺度不变特征变换的匹配方法计算得到的有效风矢量较多,且分布有规律,能很好地应对不同情况的云团情况计算出合理的风矢量结果。     

傅立叶相位分析导风技术中的频谱分析

本文介绍了应用于傅立叶相位分析导风技术中的DFT变换理论,并模拟分析DFT计算中的频谱分离和混叠两种现象及其对导风的影响。结论认为,傅立叶导风技术不需要计算所有谐波的相位,只要计算分离区或混叠区之前的低次谐波的相位,这些低次谐波的相位速度与真实速度一致,且与谐波振幅和初相位的取值无关,可用于风速计算。     

利用云导风矢量的台风中心自动定位

文中提出了一种利用云导风矢量图进行台风中心自动定位的方法。云导风矢量通过对具有一定时间间隔的两幅相关卫星云图进行模板匹配而得出。模板匹配就是根据已知模式的图像在一幅陌生图像中寻找对应于该模式的子图像的过程。根据气象知识 ,台风云系运动的特点是中心平移量大而自旋很弱 ,且台风中心与台风云系整体的移动方向一致 ,因此求出云导风矢量图中与台风整体移动矢量大小和方向一致的矢量集合的最密集区 ,经过数学形态学处理后便得到台风中心