流形群运动目标自动识别与跟踪模型结构及参数的最优配置

探讨了用流形群运动目标的形状、纹理特征，以及它们的空间面积的重叠度来构建多种适合流形群运动目标自动识别与跟踪的匹配模板的方法。通过最大欧几里得贴近度的择近原则，实现模板匹配，完成目标识别；通过对匹配模板的交替更新和交叉匹配算法，实现目标跟踪。为了提高识别与跟踪的准确度和效率，对识别与跟踪模型结构及参数进行了优化组合，建立了一种适合计算机自动识别和跟踪类似中尺度对流系统(MCSs)的流形群运动目标的优化模型，即多级串行和多级并行模板匹配的识别与跟踪模型，并提出了基于此模型的快速识别与跟踪算法及技巧。用优化了的多级串行识别与跟踪模型及快速跟踪算法，对1998、1999、2000、2002年6～8月的青藏高原上空MCSs进行了识别与跟踪试验。试验结果表明，其准确率高达90％。     

夏季青藏高原移动性对流系统与中国东部降水的相关关系

利用国际卫星云气候计划提供的1985-2002年共18年的MCSs路径跟踪资料、 NCEP/NCAR逐月再分析资料和中国138个地面常规观测站资料,分析了夏季起源于青藏高原地区的移动性MCSs的主要时空分布特征,探讨了青藏高原MCSs与中国降水的关系.通过对MCSs爆发异常强弱年高度和风差值场的分析,概括出青藏高原MCSs影响中国降水的可能机制.结果表明:夏季青藏高原移动性MCSs主要生成于青藏高原东南部,其爆发时间具有明显的日变化特征,它们能够传播到我国中东部及南亚许多地区;夏季MCSs对我国降水具有重要影响,它们与中国夏季降水的相关系数分布以4条正、负相间的东西向分布带的形势存在,从南到北依次为"- - ",这与我国夏季降水带的变化形势非常一致;南亚高压、西太平洋副热带高压和东北冷涡的强度、位置变化与高原MCSs生成的多少密切相关,并通过它们对我国夏季降水带的分布造成重要影响.     

青藏高原夏季带状MCSs的分类以及形成原因

利用2007-2011年夏季TBB（black body temperature）资料筛选出夏季青藏高原地区特征比较稳定的带状MCSs加以归类,结合NCEP资料及后向轨迹模型对其成因进行逐类探讨。结果表明,特征稳定的带状MCSs共有37例,可以按形状分为三类：北凸型、南界型和纬向型,其中北凸型发生得最多,纬向型最少。整个夏季有接近30％的时间,特别是在7月有近50％的时间都出现这种稳定的带状MCSs。高层南亚高压以及高空急流和低层500hPa切变线辐合及其南侧的高温高湿是带状MCSs生成的主要原因。500hPa上,纬向型带状MCSs一般发生在高原南北两侧较平直的东、西风气流中;北凸型发生时,高原北部为平直的西风气流,孟湾为较强的槽,高原东、南部受西南偏南气流影响;南界型时高原一般为西北气流,南侧有较强的孟湾气旋控制。围绕高原有4个水汽的辐散源地,带状MCSs对流区的水汽主要通过高原南侧和高原东南部的辐散源地进入对流区。     

用改良的面积重叠法自动跟踪中尺度对流系统的试验研究

中尺度对流系统(Mesoscale Convective Systems, MCSs)的活动和演变,是造成致洪暴雨灾害性天气的主要因素之一.多年来,许多学者加大了对中尺度对流系统研究的力度.但是,中尺度对流系统的活动及其移动和传播的研究进展一直受到计算机自动识别和跟踪问题的制约.首先介绍了一种基于面积重叠法的MCSs自动跟踪技术,然后针对它存在的问题进行了改良,并应用改良后的面积重叠法对1998年6月至8月的青藏高原上空MCSs进行了识别与跟踪实验.实验结果表明,改良后的面积重叠法的跟踪准确率可达80%,比改良前提高了10%以上.     

基于动态模板函数的线状中尺度对流系统自动识别

在中尺度对流系统(mesoscale convective systems,MCSs)自动识别、跟踪基础上,根据拟合椭圆长轴设计动态模板和得分函数,完成了雷达拼图资料上的线状MCSs自动识别。并利用不同类型中尺度天气过程对算法进行检验,分析结果表明:(1)算法能够实现对线状MCSs的自动识别,由于对流系统分裂与合并造成的回波形态"突变",得分值结果能得到较好的反映;(2)算法能够实现对线状MCSs天气的跟踪,一般情况下跟踪效果较好,在分裂或者合并发生的时刻跟踪效果较差。     

弱天气强迫下一次暖区MCSs发生发展研究

2017年7月21日上午,石家庄地区出现了一次局地暴雨过程,强降水主要集中在石家庄市区及其东部、北部,数值预报产品和主观预报均漏报了此次暴雨过程。本文利用地面加密自动站、多普勒雷达观测资料、雷达风廓线、多普勒雷达四维变分分析系统（VDRAS）以及NCEP再分析资料,分析了造成本次局地暴雨的中尺度对流系统（Mesoseale Convective Systems,MCSs）的触发机制,讨论了该系统的传播方向和影响整体运动的主要因子。结果表明：1）本次强降水发生前受“副高”588 dagpm线控制,降水区高温、高湿,为降水的发生积聚了大量不稳定能量。由于太行山在石家庄附近由东北-西南走向转为西北-东南走向,东北气流在此处逆转为西西北气流,从而在山前形成东北风和西西北风的辐合线;河北东北部秦皇岛、唐山地区因强降水形成较强的雷暴高压、冷池,雷暴高压产生的气压梯度力影响东北风逐渐加强,加强的东北风气流引导冷池呈舌状逐渐西南方向移动到石家庄北部地区,在前述辐合线附近形成低层辐合、中层辐散的不稳定层结,与西部太行山迎风坡对东北气流的强迫抬升共同作用,触发了不稳定能量的释放。2）本次过程前期雷暴在发展加强过程中,MCSs降水形成的雷暴冷出流东北方向移动,移速缓慢,在与环境东北气流辐合的区域,不断有新的雷暴触发,使得雷暴向东北方向传播,此阶段风暴承载层平均风（即MCSs的平移方向）风速较小,MCSs的移动平流不明显,以“后向传播”为主,系统稳定少动,表现为“准静止状态”;随着风暴承载层平均风风速的增加,MCSs的移动方向可以通过Corfidi矢量法,由低空急流的反向矢量和1.5 km以上（850~300 hPa）的平均风速矢量合成得到,且此阶段MCSs自身冷池的移动方向与风暴承载层平均风（西北风）密切相关,对应的雷暴冷出流东南方向移动,使得西北偏冷风冷池出流与环境东南偏暖风形成辐合,在MCSs前部不断有雷暴单体新生,传播方向与平流方向一致,系统“快速”东南方向移动。