[发明专利]一种中层径向辐合的自动识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及气象学中识别中层径向辐合领域，特别涉及一种中层径向辐合的自动识别方法。

背景技术

中层径向辐合（Mid-Altitude Radial Convergence,MARC）的概念是由Przybylinski于1995提出的，它被定义为一个集中在对流风暴的径向速度回波中层（通常3～9km）的辐合区，用以反映伴随对流风暴的前侧向后的强上升气流和后侧入流急流的现象。如果在3～7km的范围内出现25m/s以上的径向速度差，则认为MARC特征是显著的^[1][2]。

气象上，辐合场的存在往往对于能量积蓄、以致发展形成强对流天气起关键作用^[3][4]。1996年Lemon在发生灾害大风的超级单体的径向速度图中识别出深厚的辐合区^[5]，Schmocker研究发现利用MARC预报地面大风的提前时间在10～30min^[2][6]。2001年8月5日在上海特大暴雨中，邵玲玲等发现强降水回波的发生、发展以及加强和风场中的局地强辐合区相联系^[7]。在此后不断地有在暴雨、冰雹、灾害大风等强对流过程的径向速度回波中发现强的中层径向辐合的报道，并分别获得“暴雨中心在径向速度上反映为强烈的辐合^[8]”，“中国的暴雨带多为扰动辐合线两侧气流对峙的结果；暴雨发生的天气学条件是对流层低层有源源不断的水汽在一地产生辐合^[9]”,“水汽辐合是外面水汽输入与当地水汽输出的综合效果，对于降水的多寡具有决定性的作用^[10]”,“降水与水汽辐合有同向关系^[11]”,“大气中的降水通常都与气流的辐合上升密切联系^[12]”、“中层径向辐合是形成地面大风和冰雹的重要特征^[13]”、“MARC可以作为预报地面大风等强对流天气的重要因子^[14]”等重要结论。总之中层径向辐合与强对流天气的相关性研究和大量的观测实例，使MARC特征在强对流短时临近预报业务中发挥的作用越发重要。

目前的气象业务中，MARC的寻找和定量化描述主要是借助多普勒天气雷达的反射率回波图像和径向速度回波图像并由人工完成。即首先在较低仰角的反射率回波图像上观测到对流风暴的强回波，再以该回波图像提供的信息在一个比较适宜的角度获得径向速度剖面图，以展示和估计MARC，这个适宜的角度也就自然成为人工寻找MARC的关键。

目前确定剖面角度的主流方法是基于经验的准遍历法。所谓遍历是指沿对流云团中心遍历各个角度，显然所需工作过于繁琐、费时耗力，经验丰富的预报员会依据经验判断出可能出现MARC的角度，进而降低工作强度，提高工作效率。例如，在满足一定的气象条件下，只选择径向角度（云团中心与探测雷达的连线方向）及与其垂直的切向角度下的径向速度剖面图来观察MARC。总之，人工确定MARC的方法存在以下不足：

1)速度慢，经验丰富的预报员也要使用1分钟到几分钟以上的时间，而雷达的实时数据是每隔6分钟更新一次的；

2)结果受到工作人员经验等多因素制约，不能确保得到正确的MARC，不适宜的剖面角度还会漏识MARC；

3)图像被量化成了16个等级，使得通过剖面图估算出的MARC值精准度差；

4)不易展开针对大量历史样本的规模化的相关统计和分析。

发明内容

本发明提供了一种中层径向辐合的自动识别方法，本方法提高了MARC的检测效率和精准度，有利于展开强对流天气的研究，详见下文描述：

一种中层径向辐合的自动识别方法，所述方法包括以下步骤：

对辐合场在单仰角径向速度图上的特征进行分析，确定局部最大正-负速度区域的相对关系和相对距离；

确定局部最大正和负速度区域的范围，并进行区域分割，获取到若干个正和负速度区域对，选取近距离辐合强度最强的速度区域对；

对每个近距离辐合强度最强的速度区域对进行上下垂直搜索，获取径向辐合场，计算径向辐合场的高度、厚度和最大强度，并求取最大强度所对应的高度；确定剖面图的剖切线，做出剖面图。

所述局部最大正-负速度区域的相对关系具体为：

R₊<R_-

R₊为局部最大正速度区域中心到雷达探测中心的距离，R_-为局部最大负速度区域中心到雷达探测中心的距离。