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基于闪电数据的雷暴识别、追踪与外推方法

周康辉 郑永光 蓝渝

周康辉, 郑永光, 蓝渝. 基于闪电数据的雷暴识别、追踪与外推方法. 应用气象学报, 2016, 27(2): 173-181. DOI: 10.11898/1001-7313.20160205..
引用本文: 周康辉, 郑永光, 蓝渝. 基于闪电数据的雷暴识别、追踪与外推方法. 应用气象学报, 2016, 27(2): 173-181. DOI: 10.11898/1001-7313.20160205.
Zhou Kanghui, Zheng Yongguang, Lan Yu. Flash cell identification, tracking and nowcasting with lightning data. J Appl Meteor Sci, 2016, 27(2): 173-181. DOI:  10.11898/1001-7313.20160205.
Citation: Zhou Kanghui, Zheng Yongguang, Lan Yu. Flash cell identification, tracking and nowcasting with lightning data. J Appl Meteor Sci, 2016, 27(2): 173-181. DOI:  10.11898/1001-7313.20160205.

基于闪电数据的雷暴识别、追踪与外推方法

DOI: 10.11898/1001-7313.20160205
资助项目: 

国家重点基础研究发展计划 2013CB430106

国家自然科学基金项目 41375051

中国气象局预报员专项 CMAYBY2014-083

详细信息
    通信作者:

    周康辉, email: zhoukh@cma.gov.cn

Flash Cell Identification, Tracking and Nowcasting with Lightning Data

  • 摘要: 该文提出了一种新的雷暴识别、追踪与外推方法。该方法基于地闪数据,利用密度极大值快速搜索聚类算法实现雷暴的识别,采用Kalman滤波算法实现雷暴的追踪与外推。应用该方法处理了2013年的全国地闪定位数据,同时利用多普勒天气雷达等数据对选取的个例进行评估。结果表明:该方法能有效识别雷暴并对其进行实时追踪,且能有效处理雷暴分裂与合并的情况;算法具有较好的0~60 min的临近外推预报能力,各项性能指标整体与TITAN (Thunderstorm Identification, Tracking, Analysis and Nowcasting) 算法接近,在30 min时效有更好的表现。该方法能够实时监测、预报全国雷暴发生发展状况,对于0~60 min临近预报具有一定参考价值。
  • 图  1  聚类算法示意图[17]

    (编号按闪电密度排序, 不同颜色表征不同的类别) (a) 闪电的平面分布, (b) 决策图

    Fig. 1  The clustering algorithm in two dimensions (from refrence[17])

    (point with number is ranked in order of decreasing density, different color corresponds to different cluster) (a) point distribution, (b) decision graph

    图  2  雷暴的合并 (a) 与分裂 (b)

    Fig. 2  The merge (a) and split (b) of flash cells

    图  3  雷暴识别、追踪与外推流程

    Fig. 3  The process of flash cells identification, track and nowcasting

    图  4  雷暴识别效果示意图

    (椭圆为根据闪电簇分布自动生成的雷暴区) (a) 闪电聚类效果 (红点为闪电),(b) 识别的雷暴活动区与雷达回波对比

    Fig. 4  The lightning clusters identification

    (the ellipse denotes the boundary of cluster) (a) the clustered result (the red dot denotes lightning), (b) the clustered result compared with radar echo

    图  5  2013年3月20日华南地区雷暴追踪路径与闪电分布

    (黑色虚线为雷暴追踪路径,S为雷暴开始标志,数字为雷暴对应的时刻,下同;红点为负地闪, 蓝点为正地闪)

    Fig. 5  The lightning distribution and track paths of thunderstorms in South China on 20 Mar 2013

    (the black dash line denotes the tracked path, S is the start symbol, number denotes is the corresponding moment, red point denotes negative flash, blue point denotes positive flash)

    图  6  2013年3月20日华南地区雷暴移动情况

    Fig. 6  The track paths of thunderstorms in South China on 20 Mar 2013

    表  1  0~60 min外推检验结果

    Table  1  The evaluation of nowcasting in 60 minutes

    时间 外推提前时间/min 命中率 漏报率 临界成功指数
    2013-03-19 10 0.69 0.46 0.44
    30 0.64 0.56 0.35
    60 0.18 0.77 0.11
    2013-03-20 10 0.71 0.49 0.42
    30 0.60 0.62 0.30
    60 0.51 0.68 0.24
    1991-05-29—08-29[6] 12 0.64 0.40 0.45
    30 0.42 0.62 0.25
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-05-18
  • 修回日期:  2016-01-29
  • 刊出日期:  2016-03-31

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