热带气旋客观定位系统初步研究.pdf

热带气旋客观定位系统初步研究* 鲁小琴 雷小途 上海台风研究所 上海 200030 摘要 本文基于GIS 技术 初步建立了一个能集成多种数据资料和多种算法的热带气旋客观定位系统 其中 风场 天气形势场 预报场 不同卫星图像 同一卫星不同波段图像等多种矢量 栅格信息的叠加 分析 有助于从多个侧面突出热带气旋特征信息 多种定位方法如云图形态分析法 云顶亮温极值法 数学形态 学算法等的综合 提高了热带气旋定位的客观化和自动化程度 关键词 热带气旋 客观定位 GIS 1引言 在广阔的海洋上 由于常规观测资料稀少 常规的天气分析方法难于确定热带气旋的位 置 遥感技术的发展提供了大量可供热带气旋定位使用的高时 空分辨率的资料 [1] 当前 热带气旋中心位置的确定主要依赖于卫星云图 许映龙等 2004对于有眼热带气旋 一 般易定 但是对于在云图中表现出的具有多变性和复杂性的形状的无眼热带气旋 确定其中 心仍相当困难 为了确定热带气旋的位置 国内外许多专家已作了大量的工作 形成了大量 的经验方法 如美国对照描述热带气旋云发展的模式云型 分析确定热带气旋中心的 DVORAK 方法 Vernon F. Dvorak 等 1996 日本利用云体构成同心圆确定气旋中心的方 法 上海中心气象台姚祖庆利用热带气旋的特征云系结构进行分析定位的 四步定位法 刘正光 刘还珠等利用数学形态学确定热带气旋中心方法等 也有人采用过对热带气旋螺旋 云带形态特征提取 然后进行螺旋线拟合的定位方案 对一些典型情况取得了较好的效果 [2-5] 但此方法的通用性问题和螺旋云带形态特征提取的主观性问题仍有待解决 总的来说 在热带气旋定位 定强方面仍旧存在着缺少客观化方法 新资料应用不够 卫星资料应用开发跟不上以及一些卫星反演和后处理技术跟不上等问题 姚学祥 2004 本文基于GIS技术和高时 空分辨率的遥感数据 如静止卫星GOES,GMS-5,FY-2 极 轨卫星NOAA,FY- 1,EOS Quikscat 等 ,利用卫星云图中云形状和像元辉度值的直接分析 处理或其他资料的叠加 对热带气旋的定位技术作了改进 包括使用数学形态学算法等多种 * 上海台风研究基金资助项目 2003ST003 1 方法来对卫星资料进行分析 直接确定热带气旋中心位置 最终建立了一个能集成多种资料 (包括卫星遥感资料 天气实况资料 数值预报天气形势场资料等) 多种定位方法 基于云 图形态分析法 数学形态学算法 云顶亮温分析法 矢量风场涡度极大值算法等等 的综合 定位系统 基本实现了热带气旋定位的客观化 自动化 2GIS的应用简介 GISGeographic Information System作为一种管理 处理和分析空间数据的有效工 具在过去的40年中对许多领域产生了巨大影响 但气象学界对GIS的认识比较晚 Shipley 在研究GIS应用于气象学领域的基础上提出了GIS就是天气处理系统的断言 Shipley等 1998甚至提出了GIS气象学的概念 Shipley等 2000热带气旋数据资料很丰富 包括天气 卫星云图 观测资料 地图 表格等 那么如何建立一个桌面系统 将这些资源 [6] 组织起来 为充分了解天气模式 做天气预报服务是一个很好的想法 将实时热带气旋信 息集成到基于GIS的管理信息系统 并利用其组件模块定制分析处理算法 许多决策管理成 为可能 热带气旋数据包括热带气旋路径 大风分布 热带气旋带来降水分布等 相关资料有气 压场 温度场 高度场 湿度场等气象数据 具有空间性和动态性 便于在空间信息系统 GIS中表达各气象要素 同时 气象数据矢量场 卫星云图栅格图像 不同格式预报场 实 况测站资料以及标准行政区域地图底图 经纬网格等各种不同格式数据的叠加表现也有助于 进行热带