一種雨團識別及其特征參數(shù)的構(gòu)建方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣象參數(shù)特征識別和預(yù)報技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雨團識別及其特征參數(shù)的構(gòu)建方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]降水是一種重要的天氣過程，降水的多少與旱澇、收成豐歉以及人民生命財產(chǎn)緊密相連，而降水異常對人類生態(tài)環(huán)境和地球水循環(huán)具有重要影響，及時準確地預(yù)報降水強度及位置是減少災(zāi)害損失的有效手段；但由于降水具有高度時空非連續(xù)性的特點，且不同時空尺度降水系統(tǒng)的可預(yù)報性不同，所以降水預(yù)報仍是一項富有挑戰(zhàn)性的工作，其中也包含了我們對不同時空尺度降水認識的不足，尤其是對雨團及其相應(yīng)特征參數(shù)的認識還非常有限。為了提高衛(wèi)星資料在天氣模式降水模擬和預(yù)報方面的應(yīng)用能力，研究和揭示雨團的幾何特征參數(shù)和物理特征參數(shù)具有重要的科學(xué)意義及應(yīng)用價值。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)主要是通過統(tǒng)計靜止衛(wèi)星光譜測得的云信號來識別云團、或利用星載測雨雷達(PR，Precipitat1n Radar)測得降水像素的數(shù)目作為降水尺度，來描述降水雨團的形狀和結(jié)構(gòu)，但沒有考慮PR掃描對雨團的截斷效應(yīng)。因此，急需發(fā)展一套考慮衛(wèi)星搭載儀器掃描軌道截斷效應(yīng)的雨團識別方法，并由此建立雨團幾何特征參數(shù)和物理特征參數(shù)的計算技術(shù)，為未來深入研究降水雨團結(jié)構(gòu)特征及其時空分布特征奠定基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種雨團識別及其特征參數(shù)的構(gòu)建方法和裝置，該方法能更好的表征雨團三維幾何特征及物理特征，從而便于認識不同天氣系統(tǒng)和地理環(huán)境下的雨團特征。
[0005]—種雨團識別及其特征參數(shù)的構(gòu)建方法，所述方法包括:
[0006]利用星載測雨雷達提供的降水強度對降水像素進行識別，將所述星載測雨雷達在掃描寬度范圍內(nèi)探測的完整降水區(qū)識別為雨團；
[0007]結(jié)合0.1度水平分辨率的地形數(shù)據(jù)對所述雨團進行匹配，得到所述雨團的海陸和地形高度信息；
[0008]根據(jù)所述雨團的物理內(nèi)涵，定義雨團的幾何特征參數(shù)和物理特征參數(shù)，并計算所定義的雨團幾何特征參數(shù)和物理特征參數(shù)；
[0009]將計算得到的雨團幾何特征參數(shù)和物理特征參數(shù)與所述雨團的海陸和地形高度信息、星載測雨雷達PR原始的數(shù)據(jù)進行匹配，構(gòu)建雨團特征參數(shù)數(shù)據(jù)集。
[0010]一種雨團識別及其特征參數(shù)的構(gòu)建裝置，所述裝置包括:
[0011]雨團識別單元，用于利用星載測雨雷達提供的降水量對降水像素進行識別，將所述星載測雨雷達在掃描寬度范圍內(nèi)探測的完整降水區(qū)識別為雨團；
[0012]海陸和地形高度信息獲取單元，用于結(jié)合0.1度水平分辨率的地形數(shù)據(jù)對所述雨團進行匹配，得到所述雨團的海陸和地形高度信息；
[0013]特征參數(shù)獲取單元，用于根據(jù)所述雨團的物理內(nèi)涵，定義所述雨團的幾何特征參數(shù)和物理特征參數(shù)，并計算所定義的雨團幾何特征參數(shù)和物理特征參數(shù)；
[0014]特征參數(shù)數(shù)據(jù)集構(gòu)建單元，用于將計算得到的雨團幾何特征參數(shù)和物理特征參數(shù)與所述雨團的海陸和地形高度信息、星載測雨雷達原始的數(shù)據(jù)進行匹配，構(gòu)建雨團特征參數(shù)數(shù)據(jù)集。
[0015]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，該方法能更好的表征雨團三維結(jié)構(gòu)特征及物理屬性特征，便于在科學(xué)研究和業(yè)務(wù)應(yīng)用中認識雨團在不同天氣系統(tǒng)和地理環(huán)境中的幾何特征和物理特征，為衛(wèi)星遙感降水和天氣模式預(yù)報降水提供理論基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0017]圖1為本發(fā)明實施例所提供雨團識別及其特征參數(shù)的構(gòu)建方法流程示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明所舉實例一次降水過程中雨團識別的效果示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明所舉實例降水過程的匹配效果示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明所舉實例匹配方法的應(yīng)用實例示意圖；
[0021]圖5為本發(fā)明實施例所提供雨團識別及其特征參數(shù)的構(gòu)建裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0023]本發(fā)明實施例的方法利用了 PR對降水強度的三維觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合地形數(shù)據(jù)對海陸的識別，從而進行具有地理信息的降水雨團識別，以及針對雨團三維結(jié)構(gòu)的幾何特征參數(shù)和物理特征參數(shù)的計算，最終形成數(shù)據(jù)集。這對深入研究雨團的水平尺度和垂直結(jié)構(gòu)等、不同地形環(huán)境下的雨團形態(tài)特征與物理特征參數(shù)之間關(guān)系等提供了技術(shù)支撐和數(shù)據(jù)保證。下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述，如圖1所示為本發(fā)明實施例所提供雨團識別及其特征參數(shù)的構(gòu)建方法的流程示意圖，所述方法包括:
[0024]步驟11:利用星載測雨雷達提供的地表降水率對降水像素進行識別，將所述星載測雨雷達在掃描寬度范圍內(nèi)探測的完整降水區(qū)識別為雨團；
[0025]在該步驟中，將所述星載測雨雷達在掃描寬度范圍內(nèi)探測的完整降水區(qū)識別為雨團的過程具體為:
[0026]首先進行降水像素軌道截斷識別和微型雨團(像素數(shù)小于4個)的剔除，即遍歷降水像素是否緊挨軌道邊沿，如果軌道邊沿存在降水像素，則將定義這些降水雨團為截軌雨團；如果雨團內(nèi)像素數(shù)小于4個，則定義其為微型雨團，將予以剔除。
[0027]隨后進行降水雨團識別:即識別降水像素連續(xù)區(qū)。舉例來說，對任一降水像素A，遍歷搜索其周圍相鄰像素點(共8個點)，若其中有一個或多個像素同樣為降水像素(記為B，C，…)，則認為A和B，C，…為同一雨團，隨后繼續(xù)對B，C，…等降水像素重復(fù)上述搜索過程，直到該雨團中任一降水像素周圍相鄰像素點均為非降水像素為止，至此，完成對一個雨團的識別，并對所識別的雨團進行編號；
[0028]步驟12:結(jié)合南北40度之間以及3至10公里水平分辨率范圍的地形數(shù)據(jù)對所述雨團進行匹配，得到所述雨團的海陸和地形高度信息；
[0029]具體來說，可以使用已有的10公里(約0.1度格點)海陸地形標識地圖和3公里地形高度，將雨團區(qū)相應(yīng)的經(jīng)瑋度坐標與之相匹配，以決定該像素點位于陸地或海洋，并獲取相應(yīng)的地形高度信息。
[0030]在該步驟中，所述雨團的海陸和地形高度信息包括:
[0031]雨團像素的所處位置的下墊面狀況(如海洋、陸地、冰面等)和大陸架高度(陸地為海報高度、水域為深度)。
[0032]步驟13:根據(jù)所述雨團的物理內(nèi)涵，定義雨團的幾何特征參數(shù)和物理特征參數(shù)，并計算所定義的雨團幾何特征參數(shù)和物理特征參數(shù)；
[0033]這里，所定義的雨團幾何特征參數(shù)包括以下一種或多種:雨團的長軸與短軸長度，雨團的四個特征點(即長軸左側(cè)點、長軸右側(cè)點、短軸上側(cè)點、短軸下側(cè)點)，雨團的最小外接矩形，雨團的中心點位置，雨團長軸與瑋圈的角度，雨團的平均尺度，雨團的充塞度；
[0034]所定義的雨團物理特征參數(shù)包括以下一種或多種:雨團的平均地表降水率，雨團的最大地表降水率，雨團的降水率標準差，雨團的平均降水回波頂高度，雨團的降水回波頂最大高度，雨團總平均降水率廓線，雨團總平均降水回波廓線，雨團總平均降水率標準差廓線，雨團總平均降水回波標準差廓線，雨團各類型平均降水率廓線，雨團各類型平均降水回波廓線。
[0035]具體實現(xiàn)中，上述雨團的長軸長度為:遍歷計算每一雨團所有兩兩像素點間的距離，最終以最大距離作為長軸長度。
[0036]雨團的短軸長度:遍歷雨團所有像素點，計算其與長軸法線(垂直)方向的距離，分別選擇長軸上下側(cè)距離最大值作為短軸的上下半軸，相加即為短軸長度，所對應(yīng)的像素點分別作為短軸的上下側(cè)點，并獲取對應(yīng)的經(jīng)瑋度。
[0037]長軸左右側(cè)點:最大距離所對應(yīng)的左右兩個像素點。
[0038]雨團的最小外接矩形:長、寬分別為長軸長度、短軸長度，且能包含雨團所有像素的矩形。
[0039]雨團的中心點位置:雨團內(nèi)所有像素經(jīng)瑋度的算術(shù)平均值，也就是雨團的重心。
[0040]雨團長軸與瑋圈的角度:根據(jù)長軸左右側(cè)點的經(jīng)瑋度，計算長軸與瑋向方向夾角。
[0041]雨團的平均尺度:長軸長度和短軸長度的均值。
[0042]雨團的充塞度:以長軸和短軸長度作為矩形的邊(見圖2)，以長短軸相乘作為矩形面積，將雨團總像素數(shù)乘以單個PR像素的面積得到雨團面積，用雨團面積除以矩形面積即為充塞度(0-1之間取值)。
[0043]雨團的平均地表降水率、最大地表降水率和降水率的標準差:對雨團所有像素點的地表降水率進行統(tǒng)計，計算平均值和標準差；對所有地表降水率進行遍歷，得到最大降水率。
[0044]雨團的平均降水回波頂高度和標準差:遍歷雨團內(nèi)的像素點，定義PR從上至下的第一個回波信號大于17dBZ所對應(yīng)的高度為回波頂高度。對雨團所有像素點的回波頂高度進行統(tǒng)計，計算平均值和標準差。
[0045]雨團各類型的