基于模式识别理论方法的强对流天气分类临近预报研究

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强对流天气（冰雹，短时强降水，对流性大风和龙卷风）是可以对社会和公众造成极大危害的灾害天气，因此强对流天气的临近预报是天气预报业务中的重要内容。造成强对流天气的对流风暴具有空间尺度小，结构演变迅速的特点。这使得强对流天气的临近预报非常困难。本文研究了一个利用多普勒天气雷达的强对流天气临近预报系统。该系统的功能包括：（1）自动识别，跟踪和外推各种对流系统目标，如对流单体和对流风暴；（2）强对流风暴的分类方法。论文的主要工作和研究成果为：（1）对流系统目标识别，跟踪及外推方法针对对流系统目标的识别，跟踪和外推问题，提出了一种基于树形结构描述的对流系统临近预报方法。该方法采用区域树形结构描述对流系统的雷达反射率图像。并以此为基础，通过区域聚合检测各种对流目标，通过区域树匹配方法解决对流系统的跟踪问题，并且通过树形结构的外推预测对流系统的位置和结构演化。对比实验结果表明基于树形结构描述的对流风暴跟踪和外推算法能够获得更好的效果。（2）中气旋自动检测算法中气旋自动检测算法结果能够用于区分普通单体风暴和超级单体风暴。本研究提出了一种中气旋的自动检测方法。该方法通过检测和聚合速度对结构识别三维涡旋，并且使用跟踪算法获得三维涡旋的持续时间。在三维涡旋的检测结果上，通过一组中气旋的训练样本，得到中气旋的诊断判据。对比实验表明本文算法降低了以往中气旋自动检测算法的误报率。（3）弓形回波的自动检测算法弓形回波是一种与对流性大风相关的带状回波。本文提出了一种大尺度弓形回波的自动检测方法，并且对弓形回波与大风相关的结构特征进行识别，跟踪和外推，用于对流性大风的预测。该方法的主要步骤包括：准线性对流系统的检测，准线性对流系统的轮廓提取和分析，轮廓凹陷缺口的检测，跟踪和外推。文中最后给出该方法在典型弓形回波案例上的运行效果。

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作者
侯谨毅;
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作者单位

天津大学;

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授予单位天津大学;
学科控制科学与工程
授予学位博士
导师姓名王萍;
年度 2017
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类计算技术、计算机技术;
关键词
模式识别; 理论方法; 强对流; 天气分类;

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