1.一种修正雷达回波外推图像发散现象的方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤1:取某起报时刻雷达探测资料并采用雷达回波外推预报算法,计算未来某一时刻t0+Δt各高度层的雷达基本反射率数据,再将雷达基本反射率数据绘制成对应各高度层的雷达回波外推图像,记为RImg(t0+Δt,h,x,y),简称RImg;其中,t0表示起报时间;Δt表示外推预报的时效,0<Δt<3小时;h表示高度层的高度,0
步骤2:取与步骤1雷达探测资料起报时刻t0时间上最相近的数值预报产品,从数值预报产品中提取与t0+Δt时刻最相近的降水要素并计算出与步骤1雷达回波外推图像各个相同高度层对应的基本反射率数据;
步骤3:将步骤2计算出的各个高度层的基本反射率数据绘制成回波图像记为MImg(t0+Δt,h,x’,y’),简称MImg;其中,x’和y’分别表示该回波图像上任一像素的横坐标和纵坐标;再利用空间插值算法,将MImg(t0+Δt,h,x’,y’)转为与RImg(t0+Δt,h,x,y)具有相同地理范围、相同图像大小和相同坐标系的回波图像MImg(t0+Δt,h,x,y);
步骤4:对雷达回波外推图像RImg(t0+Δt,h,x,y)中的发散点进行识别,判断是否存在下式情况:RImg=255,且
式1
其中,RImg=255表示RImg中某一坐标(x,y)处的像素值为255;Count(RImg,r)表示RImg中以r为半径,(x,y)为圆心的区域内像素值小于255的像素的数量;Sum(RImg,r)表示RImg中以r为半径,(x,y)为圆心的区域内像素的总数量;r取[2,5]的正整数;Ta为经验阈值;
步骤5:如果式1情况存在,即雷达回波外推图像RImg中(x,y)处为发散点,则对该点的像素值进行修补,修补过程如下:首先,定义一个数据集DSR(x,y,r),用于记录RImg中以r为半径,以坐标(x,y)为圆心的区域内所有像素值小于255的坐标;
然后,对数据集DSR(x,y,r)中的每一个坐标,从MImg图像中提取相应坐标位置的像素值,并对这些像素值按其数值大小进行排序,形成有序序列MList(i,x,y);其中,i为该序列中各项的序号;提取MImg图像中坐标(x,y)处的像素值,再从MList(i,x,y)中找到与该像素值差值绝对值最小的一项的序号,并将该序号记为Pos(x,y);
接着,对数据集DSR(x,y,r)中的每一个坐标,从RImg图像中提取相应坐标位置的像素值,并对这些像素值按其数值大小进行排序,形成有序序列RList(i,x,y),i为有序序列各项的序号;
最后,按下式计算RImg中(x,y)处的像素值:
其中,RList(i,x,y)[Pos(x,y)‑1]表示有序序列RList(i,x,y)中Pos(x,y)‑1项的像素值;RList(i,x,y)[Pos(x,y)+1]表示有序序列RList(i,x,y)中Pos(x,y)+1项的像素值;
步骤6:对雷达回波外推图像RImg中的每个像素点,逐层根据步骤4的方法识别是否为发散点;如果为发散点,则按照步骤5的方法对发散点的像素值逐个进行修补计算,当所有高度层所有发散点全部修补后,计算结果对应存储到RImg中替换修补前的像素值,如果不是发散点,不进行替换;由此得到修补后的雷达回波外推图像RImg’(t0+Δt,h,x,y),简称RImg’;
步骤7:将步骤1起报时刻雷达探测资料绘制成雷达回波图像,记为RImg(t0,h,x,y);将上述与起报时刻t0时间上最相近的数值预报产品按步骤2和步骤3的方法绘制成回波图像,记为MImg(t0,h,x,y);计算雷达回波图像RImg(t0,h,x,y)与RImg’(t0+Δt,h,x,y)各像素的变化值,以及MImg(t0,h,x,y)与MImg(t0+Δt,h,x,y)各像素的变化值,计算方法为:RDif(x,y)=RImg(t0,h,x,y)‑RImg’(t0+Δt,h,x,y)
MDif(x,y)=MImg(t0,h,x,y)‑MImg(t0+Δt,h,x,y)
其中,RDif(x,y)是一个数据集,记录了雷达回波图像上的每一个像素从t0时刻到t0+Δt时刻像素值的差值;MDif(x,y)也是一个数据集,记录了数值预报产品回波图像上的每一个像素从t0时刻到t0+Δt时刻像素值的差值;
步骤8:计算数据集RDif(x,y)的中值,记为RMV,计算方法是将RDif(x,y)中各项按其数值大小排序后,提取处于该序列中间位置的值;计算数据集MDif(x,y)的中值,记为MMV;
步骤9:按下式计算MMV与RMV的倍率MP:MP=MMV/RMV;
步骤10:利用倍率MP对修补后的雷达回波外推图像RImg’的像素值按下式逐层逐一进行修正:
RImg_New(t0+Δt,h,x,y)=RImg’(t0+Δt,h,x,y)+Tc×MP×RDif(x,y)其中,修正后的雷达回波外推图像RImg_New(t0+Δt,h,x,y)的物理意义表示:以t0时刻为起报时间,外推预测Δt时刻,h高度上,任一坐标(x,y)处的像素值,简称RImg_New;Tc为经验系数。
2.根据权利要求1所述修正雷达回波外推图像发散现象的方法,其特征在于:步骤1中雷达回波外推预报算法采用最大相关法或交叉相关法。
3.根据权利要求2所述修正雷达回波外推图像发散现象的方法,其特征在于:步骤2中数值预报产品中降水要素包括湿度、降水量、气压、温度、水凝物和冰粒子气象信息。
4.根据权利要求3所述修正雷达回波外推图像发散现象的方法,其特征在于:步骤3中空间插值算法采用反距离权重算法。
5.根据权利要求4所述修正雷达回波外推图像发散现象的方法,其特征在于:步骤5中当有序序列MList中存在数值大小相同的像素值时,这些像素值之间的序列顺序可随机排序;当MList(i,x,y)中与MImg(x,y)像素差值绝对值最小存在多项时,多项中可任意选择其中一项的序号记为Pos(x,y)。
6.根据权利要求5所述修正雷达回波外推图像发散现象的方法,其特征在于:步骤5计算过程中,当Pos(x,y)=0时,则RImg=RList(i,x,y)[Pos(x,y)+1];当Pos(x,y)=Count(MImg,r)时,则RImg=RList(i,x,y)[Pos(x,y)‑1]。
7.根据权利要求1‑6任一所述修正雷达回波外推图像发散现象的方法,其特征在于:对于步骤10得到的修正后的雷达回波外推图像RImg_New(t0+Δt,h,x,y),采用与基本反射率数据转化为回波图像像素值相反的计算过程,将RImg_New(t0+Δt,h,x,y)中各个像素的像素值转化为基本反射率数据,再通过雷达气象学中的Z‑R关系理论方法,将基本反射率计算转化为降水方面的预报信息。