PDF《基于闪电数据的雷暴识别 、追踪与外推方法》

周康辉, 郑永光, 蓝渝.

基于闪电数据的雷暴识别、 追踪与外推方法.应用气象学报,

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0 5 基于闪电数据的雷暴识别、 追踪与外推方法 周康辉 郑永光 蓝渝(国家气象中心, 北京

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8 1 ) 摘要该文提出了一种新的雷暴识别、 追踪与外推方法.该方法基于地闪数据, 利用密度极大值快速搜索聚类算法 实现雷暴的识别, 采用 K a l m a n滤波算法实现雷暴的追踪与外推.应用该方法处理了

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1 3年的全国地闪定位数 据, 同时利用多普勒天气雷达等数据对选取的个例进行评估.结果表明: 该方法能有效识别雷暴并对其进行实时 追踪, 且能有效处理雷暴分裂与合并的情况;

算法具有较好的0~6 0m i n的临近外推预报能力, 各项性能指标整体 与TITAN ( T h u n d e r s t o r mI d e n t i f i c a t i o n , T r a c k i n g , A n a l y s i sa n dN o w c a s t i n g ) 算法接近, 在3 0m i n时效有更好的表 现.该方法能够实时监测、 预报全国雷暴发生发展状况, 对于0~6 0m i n临近预报具有一定参考价值. 关键词:闪电;

雷暴;

识别;

追踪;

外推 引言雷暴活动中始终伴随着强烈的放电现象, 闪电 活动能很好地反映雷暴活动的强 弱变 化与 移动 趋势[

1 3] .近年来, 随着国家雷电监测网络的建立与完 善, 使全国范围的云 地闪电( 简称闪电) 监测成为可 能.相对于雷达与卫星数据, 闪电观测数据具有更 高的观测实时性与更低的传输时延, 对于实时监测 快速生消的中小尺度对流系统具 有非 常重 要的 意义[

4 5] .目前, 国内外基于雷达的对流识别、 追踪与 外推的算法研究较多( 如TITAN, S C I T 等[

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9 ] ) , 产 品也得到较为广泛的应用, 对强对流天气的临近预 报有较好的指示性作用. 基于闪电数据的雷暴识别、 追踪与外推算法也 有一 些尝试. 侯荣涛等[

1 0 ] 构建了江苏地区基于DBSCAN( D e n s i t y B a s e dS p a t i a lC l u s t e r i n go fA p p l i c a t i o n sw i t hN o i s e ) 聚类算法的闪电簇识别、 追踪 与临近预报模型;

T u o m i等[

1 1 ] 开发了利用时空阈值 区分闪电簇进而识别并追踪雷暴的算法, 分析了芬 兰地区的雷暴活动特征.B e t z等[

1 2] 利用基于闪电 密度判别的雷暴追踪算法分析了 L I N E T( V L F / L F l i g h t n i n gd e t e c t i o nn e t w o r k) 闪电定位网络探测的 闪电数据.K o h n等[

1 3] 将闪电定位数据引入预警决 策支持系统( WD S S I I ) , 利用闪电密度阈值完成雷 暴识别与追踪, 取得较好的短临预报效果.B o n e l l i 等[

1 4] 利用雷达与闪电定位数据, 通过设置时空阈值 实现 雷暴路径的识别、 追踪与外推, 并能够实现30m i n 或更长时间的外推.姚叶青等[

1 5] 通过叠加 分析雷电集中区与风暴, 发现雷电集中区一般对应 有风暴, 且雷电集中区中心在风暴中心附近, 二者移 动方向基本一致, 移速接近;

通过匹配雷电集中区与 风暴, 采用雷电集中区将随其所匹配的风暴一起移 动的思路, 利用风暴追踪技术, 对雷电集中区进行临 近外推, 从而实现雷电的临近落区预报.吕伟涛等[

1 6] 利用雷 达、 卫星、 闪电等数据, 开发了区域识别、 追踪和外推算法 A I T E A, 可对已发生闪电的区 域( 如回波强度超过某个阈值或云顶亮温低于某个 阈值的区域等) 进行识别,利用一段时间的监测资 料便可进行跟踪, 采用 H o l t双参数线性指数平滑方 法, 对区域的中心位置坐标进行预测. 本文介绍一种基于全国地闪数据的雷暴识别、