[发明专利]一种基于静止卫星红外云图的中尺度对流系统识别与追踪方法

说明书

本发明提供一种基于静止卫星红外云图的中尺度对流系统识别和追踪方法，其特征在于，包括下列步骤：1)在静止卫星云图上标识中尺度对流系统边界；2)对闭合边界包围的区域进行填充并编号；3)重复步骤1)和2)，直至所有中尺度对流系统都标识完毕；4)分别计算每个经过编号的中尺度对流系统的云团属性；5)利用连续两帧云图，确定待追踪中尺度对流系统在下一时刻的候选云团；6)计算待追踪中尺度对流系统与候选云团间的空间相关系数；7)通过空间相关系数的比较完成中尺度对流系统的追踪。本发明可自动完成中尺度对流系统的识别和追踪过程，显著提高计算效率和准确率。

技术领域

本发明属于天气预报技术领域，尤其涉及一种基于静止卫星红外云图的中尺度对流系统识别与追踪方法。

背景技术

中尺度对流系统MCS(Mesoscale Convective System)是引发灾害性天气的主要天气系统，对其进行准确的探测和预报是做好防灾减灾的重要前提。中尺度对流系统由于其尺度小、生命史短等特征，使其很难被常规地面气象观测网捕捉到，导致对其发生发展过程的认识仍有很大欠缺。随着气象卫星技术的飞速发展，对中尺度对流系统开展识别和追踪成为可能。

在中尺度对流系统的识别方面，多利用红外亮温的阈值判别作为识别强对流系统的方法，在此过程中中尺度对流系统的边界确定非常重要。目前图像处理中边界追踪算法主要包括边缘检测和边缘连接两个步骤。边缘检测是通过检测算子检测图像中每个像素和其直接邻域的状态，以决定该像素是否确实处于边界上。这些算子大多数是基于方向导数掩模求卷积的方法，如Roberts、Sobel、Prewitt、Kirsch边缘检测算子等。边缘检测勾勒出某一图像的轮廓，但很少能形成图像分割所需要的闭合且连通的边界，因此还需边缘连接的过程从而产生一条闭合的连通边界。中尺度对流系统由于其具有复杂的无规律边界，其边界识别基本的要求是连续无间断和位置准确，因此需要进行专门的研究。

在中尺度对流系统的追踪方面，已有很多算法被提出和应用。例如模式识别和匹配技术，经过前后两个时次候选云团与目标云团之间的粗细对比分析(粗对比：距离匹配和面积变化率匹配等；细对比分析：R描绘子匹配和Hu不变矩匹配等)实现云团的追踪；基于上下时次的云团相关来实现的云团追踪技术，包括最大空间相关法、交叉相关法，TREC追踪法等。这些方法均通过计算前后时次候选云团与目标云团之间的相关系数或综合亮温系数等，选择符合预设条件且相关性最大的候选云团作为目标云团的生命史继续；基于上下时次候选云团与目标云团之间的面积重叠度来实现的云团追踪技术，比如最小重合度方法等(Morel和Senesi 2002；郑永光等2010,2013)。由于中尺度对流系统的生消演变过程非常复杂，利用云顶轮廓并不能完全准确地表示出系统的变化过程，例如系统的分裂或者融合通常容易导致系统的错误追踪。

因此设计一种中尺度对流系统的自动识别与追踪方法，对于提高静止卫星红外云图在灾害性天气监测和预报中的作用是非常重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于静止卫星红外云图的中尺度对流系统识别与追踪方法，用以提高中尺度对流系统识别和追踪的效率和准确率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于静止卫星红外云图的中尺度对流系统识别与追踪方法，其特征是包括下列步骤：

1)在一组连续的静止卫星红外云图上识别中尺度对流系统：

1.1)对任一帧红外云图，将其所有像素点设定标识符为0；

这里，为了进一步确保质量，这里红外云图可以先经过指奇异值处理和连续性判断处理。

1.2)从红外云图的首行开始向下逐行逐列对像素点进行判断，判断像素点是否满足条件；不满足则跳至下一像素点；若满足则将该像素点确定为待识别中尺度对流系统的初始边界点P0，将该像素点标识符置为2，跳至步骤1.3)；