CN111427100A - 一种台风中心定位方法、装置及台风路径生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种台风中心定位方法、装置及台风路径生成方法,所述台风中心定位方法首先获取底层风场数据、高度场数据以及海平面气压数据,然后识别出监测区域的低压中心,紧接着判断该低压中心与底层风场的涡旋中心是否存在重叠区域、***最大风速值是否大于或等于预设阈值以及中心气压值是否小于预设气压值,是则作为台风中心的候选点,判断台风中心候选点周围是否同时存在水平和垂直方向上的气压梯度的极大值中心和极小值中心,如果有则符合台风的特性,将台风候选点作为台风中心点。通过实施本发明的实施例能够在通过实况云图观测到成型的台风之前对台风中心进行定位,继而检测实时的台风路径,解决现有台风中心定位技术存在滞后性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及台风监测技术领域,尤其涉及一种台风中心定位方法及台风路径生成方法。
背景技术
目前台风中心定位预报由数值产品预报为基础,现有预报台风定位的方法一般如下:预测人员通过实况云图,观测到成型的台风后,通过人工标记的形式对台风中心进行定位,此时的台风中心定位点为第一个点,在下一时刻利用低层数值预报产品(气压场和高度场)以该点为中心向外辐射一定半径后以一定的方向利用滚动迭代法搜寻第一个点以外的最低值作为该时刻的台风中心,最终达到利用数值预报产品预报台风定位的目的。但传统的台风定位方法,需要通过实况云图观测到成型的台风后,才能开始对台风中心进行定位,具有一定的滞后性。
发明内容
本发明实施例提供一种台风中心定位方法及台风路径生成方法,能在通过实况云图观测到成型的台风之前对台风中心进行定位,继而检测实时的台风路径,解决现有台风中心定位技术存在滞后性的问题。
本发明一实施例提供一种台风中心定位方法,包括:
获取监测区域的底层风场数据、高度场数据以及海平面气压数据;
根据所述高度场数据和海平面气压数据对所述监测区域的低压中心进行识别;根据所述底层风场数据对所述监测区域内的各底层风场的涡旋中心进行识别;
将***最大风速大于或等于预设阈值、气压值小于预设气压阈值,且与一所述涡旋中心存在重叠区域的低压中心,作为台风中心候选点;
计算所述监测区域的底层风速,继而根据所述高度场数据、海平面气压数据以及底层风速,计算所述监测区域的水平气压梯度、垂直气压梯度和风速切变;
若在所述台风中心候选点的预设范围内,水平方向气压梯度以所述台风中心候选点为对称中心,存在一个对称的极大值中心和极小值中心,且垂直方向气压梯度以台风中心候选点为对称中心,存在一个对称的极大值中心和极小值中心,则判断所述台风中心候选点为台风中心点。
进一步的,还包括:
步骤A:将所述台风中心点的位置所对应的气象网格的格点作为初始格点;
步骤B:根据所述风向切变计算所述初始格点与相邻八个格点的风向差;
步骤C:若在与所述初始格点相邻的八个格点中,存在一个与所述初始格点的风向差大于预设风向差的格点,则保持所述台风中心点的位置不变;若不存在,则将所述台风中心点的位置调整至第二格点;其中,与所述第二格点相邻的八个格点中,存在至少一个与所述第二格点的风向差大于预设风向差的格点。
步骤D:以所述台风中心点的位置为中心,根据所述风速切变,生成预设半径范围内,水平方向和垂直方向的风速切变零线,并将水平方向的风速切变零线和垂直方向的风速切变零线的交点作为待比对候选点;
步骤E:计算所述台风中心点的位置,与所述待比对候选点之间的距离,获得距离差值;
进一步的,通过以下方式对所述将所述台风中心点的位置进行迭代调整,直至台风中心点的位置调整至第二格点:
若与所述初始格点相邻的八个格点的风向,均为偏北风向,则将所述台风中心点的位置从所述初始格点向右移一个格点;
若与所述初始格点相邻的八个格点的风向,均为偏南风向,则将所述台风中心点的位置从所述初始格点向左移一个格点;
若与所述初始格点相邻的八个格点的风向,均为偏西风向,则将所述台风中心点的位置从所述初始格点向上移一个格点;
若与所述初始格点相邻的八个格点的风向,均为偏东风向,则将所述台风中心点的位置从所述初始格点向下移一个格点。
在上述方法项实施例的基础上,本发明对应提供了装置项实施例;
本发明另一实施例提供了一种台风中心定位装置,包括:数据获取模块、第一数据处理模块、候选点确定模块、第二数据处理模块以及中心点确定模块;
所述数据获取模块,用于获取监测区域的底层风场数据、高度场数据以及海平面气压数据;
所述第一数据处理模块,用于根据所述高度场数据和海平面气压数据对所述监测区域的低压中心进行识别;根据所述底层风场数据对所述监测区域内的各底层风场的涡旋中心进行识别;
所述候选点确定模块,用于将***最大风速大于或等于预设阈值、气压值小于预设气压阈值,且与一所述涡旋中心存在重叠区域的低压中心,作为台风中心候选点;
所述第二数据处理模块,用于计算所述监测区域的底层风速,继而根据所述高度场数据、海平面气压数据以及底层风速,计算所述监测区域的水平气压梯度、垂直气压梯度和风速切变;
所述中心点确定模块,用于在所述台风中心候选点的预设范围内,水平方向气压梯度以所述台风中心候选点为对称中心,存在一个对称的极大值中心和极小值中心,且垂直方向气压梯度以台风中心候选点为对称中心,存在一个对称的极大值中心和极小值中心时,判断所述台风中心候选点为台风中心点。
进一步的,还包括位置调整模块;所述位置调整模块,用于执行以下步骤:
步骤A:将所述台风中心点的位置所对应的气象网格的格点作为初始格点;
步骤B:根据所述风向切变计算所述初始格点与相邻八个格点的风向差;
步骤C:若在与所述初始格点相邻的八个格点中,存在一个与所述初始格点的风向差大于预设风向差的格点,则保持所述台风中心点的位置不变;若不存在,则将所述台风中心点的位置调整至第二格点;其中,与所述第二格点相邻的八个格点中,存在至少一个与所述第二格点的风向差大于预设风向差的格点;
步骤D:以所述台风中心点的位置为中心,根据所述风速切变,生成预设半径范围内,水平方向和垂直方向的风速切变零线,并将水平方向的风速切变零线和垂直方向的风速切变零线的交点作为待比对候选点;
步骤E:计算所述台风中心点的位置,与所述待比对候选点之间的距离,获得距离差值;
在上述方法项实施例的基础上,提供了另一实施例;
本发明另一实施例提供了一种台风路径生成方法,通过本发明上述任意一项方法项实施例所述的台风中心的定位方法,获取若干时间节点的台风中心点的位置,继而根据各时间节点的台风中心点的位置,生成所述台风路径。
通过实施本发明的实施例具有如下有益效果:
本发明实施例公开了一种台风中心定位方法、装置及一种台风路径生成方法,所述台风中心定位方法首先获取底层风场数据、高度场数据以及海平面气压数据,然后根据高度场数据以及海平面气压数据识别出监测区域的低压中心,在识别出低压中心后,进一步判断该低压中心与底层风场的涡旋中心是否存在重叠区域、***的最大风速值是符合预设条件以及低压中心的气压值是否小于预设气压阈值,如果是则说明低压中心所在的低压区域存在涡旋式的结构有可能是台风,因此符合这一条件的低压中心,先作为台风中心的候选点,紧接着计算监测区域的水平气压梯度、垂直气压梯度、风速切变和风向切变;进一步,判断台风中心候选点周围是否同时存在水平和垂直方向上的气压梯度的极大值中心和极小值中心,如果有则符合台风的特性,将台风候选点作为台风中心点。通过实施本发明的实施例能够在通过实况云图观测到成型的台风之前对台风中心进行定位,继而检测实时的台风路径,解决现有台风中心定位技术存在滞后性的问题。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种台风中心定位方法的流程示意图。
图2是本发明一实施例提供的一种台风中心定位装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本发明一实施例提供了一种台风中心定位方法,包括:
步骤101:获取监测区域的底层风场数据、高度场数据以及海平面气压数据。
步骤102:根据所述高度场数据和海平面气压数据对所述监测区域的低压中心进行识别;根据所述底层风场数据对所述监测区域内的各底层风场的涡旋中心进行识别。
步骤103:将***最大风速大于或等于预设阈值、气压值小于预设气压阈值,且与一所述涡旋中心存在重叠区域的低压中心,作为台风中心候选点。
步骤104:计算所述监测区域的底层风速,继而根据所述高度场数据、海平面气压数据以及底层风速,计算所述监测区域的水平气压梯度、垂直气压梯度和风速切变。
步骤105:若在所述台风中心候选点的预设范围内,水平方向气压梯度以所述台风中心候选点为对称中心,存在一个对称的极大值中心和极小值中心,且垂直方向气压梯度以台风中心候选点为对称中心,存在一个对称的极大值中心和极小值中心,则判断所述台风中心候选点为台风中心点。
对于步骤S101:优选的上述底层风场数据包括距海平面2米水平风场,925hPa高度的水平风场以及850hPa高度的水平风场,高度场数据指的是925hPa位势高度场的数据以及850hPa位势高度场的数据。对于步骤S102、通过现有的滚球法对高度场数据和海平面气压数据进行低压中心识别,获得监测区域的低压中心,通过现有的线积分的算法识别低层风场中的涡旋中心;
对于步骤S103、首先判断低压中心***最大风速是否等于预设阈值(优选的,预设阈值为13m/s-18m/s中的任意一个数值),需要说明的是此处的***指的是,台风大风区主体区域(自台风边缘到涡旋区外缘,半径约200-300km);另外,此处的最大风速仅指低层风场(2米水平风场,925hPa高度水平风场,850hPa高度水平风场),计算大风区三层风场风速中的最大值作为台风最大风速。
若是继续判断低压中心的气压是否小于预设气压阈值(优选的为1010hPa),
若是继续判断低压中心是否和上述涡旋中心是否有存在重合或遮盖的情况,如果是则说明该低压中心所在的低压区域存在涡旋结构可能是台风所在地,此时将符合上述两个条件的低压中心作为台风中心候选点;
对于步骤S104、通过对低层(底层指的是,海平面、925hPa和850hPa这三个高度层)纬向风(u)和经向风(v)矢量加法的计算得到全风速(水平风),再由向量点乘的方法对全风速、u和v处理得到水平风的方向;对高度场数据、海平面气压和step5计算得到的低层风速和风向进行边缘前后差分,内部中央差分的方法分别计算出水平和垂直气压梯度和风速切变;
对于步骤S105、优选的,以台风候选点为中心,在其半径5°(经度相差5°以及纬度相差5°)的范围内,判断是否同时存在:
①水平方向气压梯度以台风候选点为对称中心,存在一个对称的极大值中心和极小值中心;
②垂直方向气压梯度以台风候选点为对称中心,存在一个对称的极大值中心和极小值中心;
如果存在,则判断台风候选点所在的区域为台风区域,该台风候选点为台风中心点。
若不满足上述条件,则判断该台风候选点并非台风中心点。
通过上述步骤,区别与传统的通过实况云图对台风的中心进行初始定位,直接通过数值预报,判断是否存在台风,并确定台风中心,较传统的技术手段来说能更早的定位到台风中心。
上述底层风场数据、高度场数据以及海平面气压数据都是气象网格数据,通过上述方法定位出来的台风中心是在气象网格的格点上的,即上述方法仅能将台风中心的位置,定位到格点上,而与现有的技术一样都无法再进一步的将台风中心的位置精确到次网格内;为解决上述问题;
在一个优选的实施例中,在通过步骤S105确定台风中心之后,还包括
步骤A:将所述台风中心点的位置所对应的气象网格的格点作为初始格点;
步骤B:计算所述初始格点与相邻八个格点的风向差;
步骤C:若在与所述初始格点相邻的八个格点中,存在一个与所述初始格点的风向差大于预设风向差的格点,则保持所述台风中心点的位置不变;若不存在,则将所述台风中心点的位置调整至第二格点;其中,与所述第二格点相邻的八个格点中,存在至少一个与所述第二格点的风向差大于预设风向差的格点;
步骤D:以所述台风中心点的位置为中心,根据所述风速切变,生成预设半径范围内,水平方向和垂直方向的风速切变零线,并将水平方向的风速切变零线和垂直方向的风速切变零线的交点作为待比对候选点;
步骤E:计算所述台风中心点的位置,与所述待比对候选点之间的距离,获得距离差值;
首先将步骤S105确定出来的台风中心的位置所对应的格点,作为初始格点,然后对初始格点相邻的8个格点(即初始格点的上,下,左,右,左上,左下,右上,右下这8个格点)的风向进行判断,然后计算这8个格点与初始格点的风向差,如果8个格点中存在一个与初始格点的风向差,大于预设风向差(优选的为120°)的点,保持台风中心点的位置不变,如果不存在则将台风中心点的位置调整至第二格点;第二格点满足以下条件:第二格点相邻的八个格点中,存在至少一个与第二格点的风向差大于预设风向差的格点;
优选的,通过以下方式将台风中心点的位置调整至第二格点:若与所述初始格点相邻的八个格点的风向,均为偏北风向,则将所述台风中心点的位置从所述初始格点向右移一个格点;若与所述初始格点相邻的八个格点的风向,均为偏南风向,则将所述台风中心点的位置从所述初始格点向左移一个格点;若与所述初始格点相邻的八个格点的风向,均为偏西风向,则将所述台风中心点的位置从所述初始格点向上移一个格点;若与所述初始格点相邻的八个格点的风向,均为偏东风向,则将所述台风中心点的位置从所述初始格点向下移一个格点。
即如果与初始格点相邻的8个格点的风向都为偏北风向,则将台风中心点的位置从初始格点向右移一个格点,如果都为偏南风向则向左移,如果都为偏西风向则向上移,如果都为偏东风向则下移。移动后,继续判断台风中心点所在的新格点的相邻的8个格点风向是否存在一个与台风候选点风向差大于120°的点,如果不是,继续按上述规则移动,直至将台风中心点的位置调整到满足条件的第二格点上。
这一步骤是对台风中心点的位置进行调整,使得台风中心点能处于螺旋风场的最内层的格点上,经过上述调整,台风中心依旧位于气象网格的格点上。
因此在完成台风中心的格点位置调整后,以台风中心点的位置为中心,在预设的半径范围内(优选的为5°,即经度相差5°以及纬度相差5°)对风向切变进行线性插值加密,得到水平方向和垂直方向的风速切变零线,并获得两条零线交点(即上述的待比对候选点);然后判断待比对候选点与台风中心点当前所在的格点之间的距离差值;若小于或等于个格点分辨率,则用该交底点代表次网格的更精确的台风中心。
通过上述方法,能够将台风中心精确到次网格内,更加的精确。
在上述方法项实施例的基础上,本发明对应提供了装置项实施例;
本发明另一实施例提供了一种台风中心定位装置,包括:数据获取模块、第一数据处理模块、候选点确定模块、第二数据处理模块以及中心点确定模块;
所述数据获取模块,用于获取监测区域的底层风场数据、高度场数据以及海平面气压数据;
所述第一数据处理模块,用于根据所述高度场数据和海平面气压数据对所述监测区域的低压中心进行识别;根据所述底层风场数据对所述监测区域内的各底层风场的涡旋中心进行识别;
所述候选点确定模块,用于将***最大风速大于或等于预设阈值、气压值小于预设气压阈值,且与一所述涡旋中心存在重叠区域的低压中心,作为台风中心候选点;
所述第二数据处理模块,用于计算所述监测区域的底层风速,继而根据所述高度场数据、海平面气压数据以及底层风速,计算所述监测区域的水平气压梯度、垂直气压梯度和风速切变;
所述中心点确定模块,用于在所述台风中心候选点的预设范围内,水平方向气压梯度以所述台风中心候选点为对称中心,存在一个对称的极大值中心和极小值中心,且垂直方向气压梯度以台风中心候选点为对称中心,存在一个对称的极大值中心和极小值中心时,判断所述台风中心候选点为台风中心点。
优选的,还包括位置调整模块;所述位置调整模块,用于执行以下步骤:
步骤A:将所述台风中心点的位置所对应的气象网格的格点作为初始格点;
步骤B:计算所述初始格点与相邻八个格点的风向差;
步骤C:若在与所述初始格点相邻的八个格点中,存在一个与所述初始格点的风向差大于预设风向差的格点,则保持所述台风中心点的位置不变;若不存在,则将所述台风中心点的位置调整至第二格点;其中,与所述第二格点相邻的八个格点中,存在至少一个与所述第二格点的风向差大于预设风向差的格点;
步骤D:以所述台风中心点的位置为中心,根据所述风速切变,生成预设半径范围内,水平方向和垂直方向的风速切变零线,并将水平方向的风速切变零线和垂直方向的风速切变零线的交点作为待比对候选点;
步骤E:计算所述台风中心点的位置,与所述待比对候选点之间的距离,获得距离差值;
需要说明的是上述装置项实施例,是与本发明方法项实施例相对应的,其能实现本发明任意一项方法项实施例所述的台风中心的定位方法。
需说明的是,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外,本发明提供的装置实施例附图中,模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接,具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下,即可以理解并实施。
在上述方法项实施例的基础上,本发明另一实施例提供了一种台风路径生成方法,通过本发明上述任意一项实施例所述的台风中心定位方法,获取若干时间节点的台风中心点的位置,继而根据各时间节点的台风中心点的位置,生成所述台风路径。
即获取连续时间的台风中心位置,然后按照时间顺序连接台风中心后获得台风预报路径;若为多台风,则在获取台风中心位置后,依据同一时间台风路径不交叉原则判断台风中心下一时刻的归属问题,得到多台风的预报路径。
通过实施本发明上述实施例具有如下有益效果:
1、能在通过实况云图观测到成型的台风之前对台风中心进行定位,继而检测实时的台风路径,解决现有台风中心定位技术存在滞后性的问题。
2、能够将台风中心的位置定位到次网格内,更加的精准。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种台风中心定位方法,其特征在于,包括:
获取监测区域的底层风场数据、高度场数据以及海平面气压数据;
根据所述高度场数据和海平面气压数据对所述监测区域的低压中心进行识别;根据所述底层风场数据对所述监测区域内的各底层风场的涡旋中心进行识别;
将***最大风速大于或等于预设阈值、气压值小于预设气压阈值,且与一所述涡旋中心存在重叠区域的低压中心,作为台风中心候选点;
计算所述监测区域的底层风速,继而根据所述高度场数据、海平面气压数据以及底层风速,计算所述监测区域的水平气压梯度、垂直气压梯度和风速切变;
若在所述台风中心候选点的预设范围内,水平方向气压梯度以所述台风中心候选点为对称中心,存在一个对称的极大值中心和极小值中心,且垂直方向气压梯度以台风中心候选点为对称中心,存在一个对称的极大值中心和极小值中心,则判断所述台风中心候选点为台风中心点。
2.如权利要求1所述的台风中心定位方法,其特征在于,还包括,
步骤A:将所述台风中心点的位置所对应的气象网格的格点作为初始格点;
步骤B:计算所述初始格点与相邻八个格点的风向差;
步骤C:若在与所述初始格点相邻的八个格点中,存在一个与所述初始格点的风向差大于预设风向差的格点,则保持所述台风中心点的位置不变;若不存在,则将所述台风中心点的位置调整至第二格点;其中,与所述第二格点相邻的八个格点中,存在至少一个与所述第二格点的风向差大于预设风向差的格点;
步骤D:以所述台风中心点的位置为中心,根据所述风速切变,生成预设半径范围内,水平方向和垂直方向的风速切变零线,并将水平方向的风速切变零线和垂直方向的风速切变零线的交点作为待比对候选点;
步骤E:计算所述台风中心点的位置,与所述待比对候选点之间的距离,获得距离差值;
3.如权利要求2所述的台风中心定位方法,其特征在于,通过以下方式对所述将所述台风中心点的位置进行迭代调整,直至台风中心点的位置调整至第二格点:
若与所述初始格点相邻的八个格点的风向,均为偏北风向,则将所述台风中心点的位置从所述初始格点向右移一个格点;
若与所述初始格点相邻的八个格点的风向,均为偏南风向,则将所述台风中心点的位置从所述初始格点向左移一个格点;
若与所述初始格点相邻的八个格点的风向,均为偏西风向,则将所述台风中心点的位置从所述初始格点向上移一个格点;
若与所述初始格点相邻的八个格点的风向,均为偏东风向,则将所述台风中心点的位置从所述初始格点向下移一个格点。
4.一种台风中心定位装置,其特征在于,包括:数据获取模块、第一数据处理模块、候选点确定模块、第二数据处理模块以及中心点确定模块;
所述数据获取模块,用于获取监测区域的底层风场数据、高度场数据以及海平面气压数据;
所述第一数据处理模块,用于根据所述高度场数据和海平面气压数据对所述监测区域的低压中心进行识别;根据所述底层风场数据对所述监测区域内的各底层风场的涡旋中心进行识别;
所述候选点确定模块,用于将***最大风速大于或等于预设阈值、气压值小于预设气压阈值,且与一所述涡旋中心存在重叠区域的低压中心,作为台风中心候选点;
所述第二数据处理模块,用于计算所述监测区域的底层风速,继而根据所述高度场数据、海平面气压数据以及底层风速,计算所述监测区域的水平气压梯度、垂直气压梯度和风速切变;
所述中心点确定模块,用于在所述台风中心候选点的预设范围内,水平方向气压梯度以所述台风中心候选点为对称中心,存在一个对称的极大值中心和极小值中心,且垂直方向气压梯度以台风中心候选点为对称中心,存在一个对称的极大值中心和极小值中心时,判断所述台风中心候选点为台风中心点。
5.如权利要求4所述的台风中心定位装置,其特征在于,还包括位置调整模块;所述位置调整模块,用于执行以下步骤:
步骤A:将所述台风中心点的位置所对应的气象网格的格点作为初始格点;
步骤B:计算所述初始格点与相邻八个格点的风向差;
步骤C:若在与所述初始格点相邻的八个格点中,存在一个与所述初始格点的风向差大于预设风向差的格点,则保持所述台风中心点的位置不变;若不存在,则将所述台风中心点的位置调整至第二格点;其中,与所述第二格点相邻的八个格点中,存在至少一个与所述第二格点的风向差大于预设风向差的格点;
步骤D:以所述台风中心点的位置为中心,根据所述风速切变,生成预设半径范围内,水平方向和垂直方向的风速切变零线,并将水平方向的风速切变零线和垂直方向的风速切变零线的交点作为待比对候选点;
步骤E:计算所述台风中心点的位置,与所述待比对候选点之间的距离,获得距离差值;
6.一种台风路径生成方法,其特征在于,包括:通过如权利要求1-3中任意一项所述的台风中心定位方法,获取若干时间节点的台风中心点的位置,继而根据各时间节点的台风中心点的位置,生成所述台风路径。
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