[发明专利]一种自动识别切变线的方法

说明书

本发明提供了一种自动识别切变线的方法：将风场进行标准化处理；对格点进行分区，并将分区后格点上的风矢量进行叉乘计算，由叉乘正值得到风场中的气旋性特征点；取最大叉乘正值的建立判定阈值，并从所述气旋性特征点中筛选出切变节点；根据所述切变节点分析方法消除相交切变线，分组连接切变节点构成切变线。本发明利用二维矢量叉乘结果进行判定和筛选可能的切变，最终连接切变节点形成切变线，达到自动识别且定位切变线的目的。目前气象业务中切变线分析依然通过人机交互的方式，本发明解决了由预报人员根据自身经验进行手工操作而存在的弊端问题，为实现气象业务中的自动化分析预报和人工智能的应用打下坚实基础。

技术领域

本发明属于气象学领域，尤其涉及一种自动识别切变线的方法。

背景技术

切变线是风向发生急剧改变的狭长区域，风向的水平气旋性变化很大，往往与降水相伴随。切变线在地面和高空都可出现，但主要出现在700hPa和850hPa的高空。如图20所示，气象工作中风用风向杆来表示，风向杆同时表示风的大小和方向，如图21所示，切变线在天气图上的呈现形式。切变线根据其位置分为：华南切变线、江淮切变线、华北切变线、高原切变线等，均对我国降水有巨大影响，因此对切变线的分析，对准确预报降水有很重要的意义。

但直到现在，气象业务中的切变线分析依然通过人机交互的方式，由预报人员根据自身经验进行手工操作，存在一系列相关弊端。因此，需设计一种针对高空水平风场中自动识别切变线的方法，提高气象业务中的自动化水平，并为智能自动化预报打下基础。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种自动识别切变线的方法，解决了气象业务中切变线分析依然通过人机交互的方式，由预报人员根据自身经验进行手工操作而存在的弊端问题的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种自动识别切变线的方法，包括如下步骤：

S1、读取风场中每个格点的数据，并对每个格点的风场数据进行标准化处理；

S2、经标准化处理后将格点进行分区，并将分区后格点上的风矢量进行叉乘计算，由叉乘的正值得到风场中的气旋性特征点；

S3、将风场中全部格点上的风矢量进行叉乘计算后建立判定阈值T_d，并根据所述判定阈值T_d从所述气旋性特征点中筛选出切变节点；

S4、将所述切变节点进行相交切变线的检测，消除相交切变线，并依次连接切变节点，从而实现切变线的自动识别。

再进一步地，所述步骤S1包括如下步骤：

S101、读取风场中每个格点分别在x轴方向与y轴方向上的水平分量u风和v风；

S102、根据所述u风和v风构成风场中每个格点的风矢量

S103、将所述每个格点的风矢量的风速值设置为固定值，从而完成对整个风场的标准化处理。

再进一步地，所述步骤S103中每个格点的风矢量为固定值需满足以下条件：

其中，u表示风矢量在x轴方向的水平分量，u₀表示标准化处理后的风矢量在x轴方向的水平分量，v表示风矢量在y轴方向上的水平分量，v₀表示进行标准化处理后的风矢量在y轴方向上的水平分量。

再进一步地，所述步骤S2包括如下步骤：

S201、经标准化处理后的风场数据利用反三角函数计算风场中每个格点的风矢量与x轴的夹角α，其中，所述夹角α的表达式如下：