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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)

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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

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