留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

交叉相关外推算法的改进及其在对流临近预报中的应用

陈明轩 王迎春 俞小鼎

陈明轩, 王迎春, 俞小鼎. 交叉相关外推算法的改进及其在对流临近预报中的应用. 应用气象学报, 2007, 18(5): 690-701..
引用本文: 陈明轩, 王迎春, 俞小鼎. 交叉相关外推算法的改进及其在对流临近预报中的应用. 应用气象学报, 2007, 18(5): 690-701.
Chen Mingxuan, Wang Yingchun, Yu Xiaoding. Improvement and application test of TREC algorithm for convective storm nowcast. J Appl Meteor Sci, 2007, 18(5): 690-701.
Citation: Chen Mingxuan, Wang Yingchun, Yu Xiaoding. Improvement and application test of TREC algorithm for convective storm nowcast. J Appl Meteor Sci, 2007, 18(5): 690-701.

交叉相关外推算法的改进及其在对流临近预报中的应用

资助项目: 

北京市重大科技计划项目“奥运会气象保障科学技术试验与研究” H020620190091

“十五”国家科技攻关计划课题奥运科技专项“北京奥运会国际天气预报示范计划关键技术研究” 2003BA904B08

“十五”国家科技攻关计划课题“奥运气象保障技术研究” 2002BA904B05

Improvement and Application Test of TREC Algorithm for Convective Storm Nowcast

  • 摘要: 交叉相关外推算法是目前对流临近预报的主要算法之一。它主要是通过计算雷达回波等资料在连续时次的空间最优相关, 得到对流系统不同位置的移动矢量特征, 并基于这些获得的移动矢量对雷达回波等进行外推, 从而达到预报的目的。因为算法既考虑了回波移动矢量大小和方向的变化, 也考虑了整个回波在移动过程中的形变, 所以, 基于该算法的外推临近预报具有一定的物理意义。该文介绍了交叉相关外推预报算法的基本原理, 对算法进行了一系列的质量控制, 包括抑制地物杂波和噪声的影响、对“丢失”计算的点进行矢量补充以及对追踪的矢量进行平滑处理等多个步骤。个例对比分析表明:算法在通过质量控制和优化处理后, 追踪的回波移动矢量质量明显改善。利用优化后的算法, 对2004年夏季和2005年夏季发生在京津冀地区的4个强对流个例, 包括2次飑线过程、1次雹暴过程和1次强雷暴过程, 进行了外推临近预报试验, 并且对算法在对流临近预报中的效果做了初步的检验评估。结果表明:该算法对强对流天气过程的临近预报具有一定效果, 算法可以给出未来30 min或者60 min内雷达回波和雷暴位置以及形状的外推预报, 预报结果与实况比较接近。
  • 图  1  2005年8月8日19:44天津雷达PPI强度回波与由交叉相关算法追踪得到回波移动矢量 (仰角:0.4°)(a) 质量控制前, (b) 质量控制后

    Fig. 1  Coloured plan position indicator (PPI) of Tianjin radar reflectivity with elevation angle of 0.4° at 19:44 on August 8, 2005 and overlaid TREC vectors without quality control (a) and with quality control (b)

    图  2  交叉相关外推预报算法对2004年7月29日飑线过程大于等于35dBz的反射率因子09:38(a) 和09:50(c) 的30min外推预报,以及相应的30min后10:08(b) 和10:20(d) 的强雷达回波 (仰角:0.4°)

    Fig. 2  30-min forecast of reflectivity echo (≥35 dBz) at 09:38(a) and 09:50(c) on July 29, 2004 based on TREC vectors, and reflectivity observation (≥35 dBz)30-min later from Tianjin radar with elevation angle of 0.4 at 10:08(b) and 10:20(d)

    图  3  交叉相关外推预报算法对2004年7月29日飑线过程的35 dBz以上反射率因子峰值可能出现范围在09:19(a) 和09:44 (b) 的30 min外推预报 (黑色线范围), 以及30 min后的实况分析 (彩色阴影区)

    Fig. 3  30-min forecast of extension of reflectivity maximum (≥35 dBz) at 09:19(a) and 09:44(b) on July 29, 2004(black contour) based on TREC vectors, and actual extension of reflectivity maximum (≥35 dBz)30-min later (shaded color)

    图  4  交叉相关外推预报算法对2005年5月31日雹暴过程35 dBz以上反射率因子在11:18的30 min外推预报 (a) 以及相应的30 min后强雷达回波的实况 (b)(仰角:0.4°)

    Fig. 4  30-min forecast of reflectivity echo (≥35 dBz) at 11:18(a) on May 31, 2005 based on TREC vectors, and reflectivity observation (≥35 dBz)30-min later from Tianjin radar with elevation angle of 0.4° at 11:18(b)

    图  5  交叉相关外推预报算法对2005年6月13日雹暴过程35 dBz以上反射率因子在08:47的30 min外推预报 (a) 以及相应的30 min后强雷达回波的实况 (b)(仰角:0.5°)

    Fig. 5  30-min forecast of reflectivity echo (≥35 dBz) at 08:47(a) on June 13, 2005 based on TREC vectors, and reflectivity observation (≥35 dBz)30-min later from Tianjin radar with elevation angle of 0.5° at 09:18(b)

    图  6  交叉相关外推预报算法对2005年6月13日飑线过程的35 dBz以上反射率因子峰值可能出现范围在08:47的30 min外推预报 (黑色线范围), 以及30 min后的实况分析 (彩色阴影区)

    Fig. 6  30-min forecast of extension of reflectivity maximum (≥35 dBz) at 08:47on June 13, 2005(black contour) based on TREC vectors, and actual extension of reflectivity maximum (≥35 dBz)30-min later (shaded color)

    图  7  交叉相关外推预报算法对2005年6月13日飑线过程的反射率因子在08:41的60 min外推预报 (a) 以及60 min后的实况 (b)

    Fig. 7  60-min forecast of reflectivity echo at 08:41(a) on June 13, 2005 based on TREC vectors, and reflectivity observation with elevation angle of 0.5° at 09:36(b)

    图  8  交叉相关外推预报算法对2005年7月14日强对流过程35 dBz以上反射率因子在20:36(a) 和20:47(c) 的30 min外推预报以及相应的21:03(b) 和21:15(d) 强雷达回波实况 (仰角:0.5°)

    Fig. 8  30-min forecast of reflectivity echo (≥35 dBz) at 20:36(a) and 20:47(c) on July 14, 2005 based on TREC vectors, and reflectivity observation (≥35 dBz) 30-min later from Tianjin radar with elevation angle of 0.5° at 21:03(b) and 21:15(d)

  • [1] Wilson J W, Crook N A, MueUer C K, et al. Nowcasting thunderstorm: A status report. Bull Amer Met Soc, 1998, 79: 2079-2099. doi:  10.1175/1520-0477(1998)079<2079:NTASR>2.0.CO;2
    [2] Wilson J W. Thunderstorm nowcasting: Past, Present and Future. Preprints J2. 1, 31st International Conference on Radar Meteorology. Seattle, WA, Amer Meteor Soc, 2003.
    [3] Lai E S T. Advances in Nowcasting. CBS Technical Conference on Public Weather Services. St Petersburg, Russian Federation, 2005.
    [4] Keenan T, Joe P, Wilson J W, et al. The Sydney 2000 World Weather Research Program Forecast Demonstration Project: Overview and current status. Bull Amer Met Soc, 2003, 84: 1041-1054. doi:  10.1175/BAMS-84-8-1041
    [5] 陈明轩, 俞小鼎, 谭晓光, 等.对流天气临近预报技术的发展与研究进展.应用气象学报, 2004, 15(6):754-766. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20040693&flag=1
    [6] Dixon M, Wiener G.. TITAN: Thunderstorm Identification, Tracking, Analysis, and Nowcasting-a radar-based methodology. J Atmos Ocean Tech, 1993, 10:785-797. doi:  10.1175/1520-0426(1993)010<0785:TTITAA>2.0.CO;2
    [7] Johnson J T, MacKeen P L, Witt A, et al. The storm cell identification and tracking algorithm: An enhanced WSR-88D algorithm. Wea Forecasting, 1998, 13: 263-276. doi:  10.1175/1520-0434(1998)013<0263:TSCIAT>2.0.CO;2
    [8] Mueller C, Saxen T, Roberts R, et al. NCAR auto-nowcast system. Wea Forecasting, 2003, 18: 545-561. doi:  10.1175/1520-0434(2003)018<0545:NAS>2.0.CO;2
    [9] Li P W, Wong W K. Chan K Y, et al. SWIRLS-an Evolving Nowcasting System. Technical Note, 2000, No. 100, Hong Kong Observatory.
    [10] Rinehart R E, Garvey E T. Three-dimensional storm motion detection by conventional weather radar. Nature, 1978, 273: 287-289. doi:  10.1038/273287a0
    [11] Smythe G R, Zmic D S. Correlation analysis of Doppler radar data and retrieval of the horizontal wind. J Climate Appl Meteor, 1983, 22: 297-311. doi:  10.1175/1520-0450(1983)022<0297:CAODRD>2.0.CO;2
    [12] Tuttle J D, Foote G B. Determination of the boundary layer airflow from a single-Doppler radar. J Atmos Oceanic Technol, 1990, 7: 218-232. doi:  10.1175/1520-0426(1990)007<0218:DOTBLA>2.0.CO;2
    [13] Browning K A, Collier C G, Larke P R, et al. On the forecasting of frontal rain using a weather radar network. Mon Wea Rev, 1982, 110: 534-552. doi:  10.1175/1520-0493(1982)110<0534:OTFOFR>2.0.CO;2
    [14] Turtle J D, Gall R. A single-radar technique for estimating the winds in tropical cyclones. Bull Amer Met Soc, 1999, 80: 653-668. doi:  10.1175/1520-0477(1999)080<0653:ASRTFE>2.0.CO;2
    [15] Lai E S T. TREC Application in Tropical Cyclone Observation Preprint 324, ESCAP/WMO Typhoon Committee Annual Review. Typhoon Committee Secretariat, Manila, Philippines 1998: 135-139.
    [16] Hamill T, Nehrkom T. A short-term cloud forecast scheme using cross correlations. Wea Forecasting, 1993, 8: 401-411. doi:  10.1175/1520-0434(1993)008<0401:ASTCFS>2.0.CO;2
    [17] 万齐林, 薛纪善, 陈子通, 等.雷达TREC风的三维变分同化应用与试验.热带气象学报, 2005, 21(5):449-457. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-RDQX200505000.htm
    [18] Li L, Schmid W, Joss J. Nowcasting of motion and growth of precipitation with radar over a complex orography. J Appl Meteor, 1995, 34: 1286-1300. doi:  10.1175/1520-0450(1995)034<1286:NOMAGO>2.0.CO;2
    [19] Mecklenburg S, Joss J, Schmid W. Improving the nowcasting of precipitation in an Alpine region with an enhanced radar echo tracking algorithm. J Hydrol, 2000, 239: 46-68. doi:  10.1016/S0022-1694(00)00352-8
    [20] Rasmussen R, Dixon M, Hage F, et al. Weather Support to Deicing Decision Making (WSDDM) : A winter weather nowcasting system. Bull Amer Met Soc, 2001, 82: 579-595. doi:  10.1175/1520-0477(2001)082<0579:WSTDDM>2.3.CO;2
    [21] Mohr C G, Vaughan R L. An economical procedure for Cartesian interpolation and display of reflectivity data in three dimensional spaces. J Appl Meteor, 1979, 18: 661-670. doi:  10.1175/1520-0450(1979)018<0661:AEPFCI>2.0.CO;2
    [22] 陈明轩, 高峰.利用一种自动识别算法移除天气雷达反射率因子中的亮带.应用气象学报, 2006, 17(2):207-214. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20060235&flag=1
    [23] 陈明轩, 俞小鼎, 谭晓光, 等.北京2004年“7.10”突发性对流强降水的雷达回波特征分析.应用气象学报, 2006, 17(3):333-345. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20060359&flag=1
  • 加载中
图(8)
计量
  • 摘要浏览量:  4363
  • HTML全文浏览量:  799
  • PDF下载量:  1975
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2006-02-15
  • 修回日期:  2007-03-01
  • 刊出日期:  2007-10-31

目录

    /

    返回文章
    返回