基于多通道衛(wèi)星云圖的臺風中心定位方法研究.pdf

1、臺風具有突發(fā)性強、破壞力大的特點,是世界上最嚴重的自然災害之一。我國又是世界上臺風災害最為嚴重的國家之一。臺風給我國東南沿海各省市的工農業(yè)生產、交通運輸和人民生命財產的安全造成嚴重威脅和極大損失。正確面對臺風、避免臺風的災害是一事關國家和人民生命安全的問題,臺風預報也就成為了氣象預報的重點之一。確定臺風中心位置對臺風預報來說具有至關重要的作用。靜止衛(wèi)星云圖可以連續(xù)監(jiān)視熱帶云系的演變,揭示和發(fā)現(xiàn)新的天氣事實,已成為分析和預報臺風的重要工具

2、之一。本文基于靜止衛(wèi)星云圖研究臺風中心定位方法,主要包括如下三個方面的研究工作:
　　 (1)基于非下采樣輪廓波變換(NSCT)和能量準則的多通道衛(wèi)星云圖融合。圖像融合對于臺風中心定位而言是一個非常重要的預處理。本文基于NSCT和能量熵提出一種多通道衛(wèi)星云圖融合算法。NSC工具有良好的多分辨率、平移不變性和多方向性等特點,它能夠對圖像的邊緣和輪廓給出一種最優(yōu)漸進表示。局部能量在表示和定位各類圖像的特征時具有良好的魯棒性。本文對靜

3、止衛(wèi)星云圖進行多尺度NSCT分解,然后分別計算高頻和低頻系數(shù)的局部能量和能量熵,通過計算能量熵選擇一些新的系數(shù)。最后通過逆NSCT變換得到融合后的衛(wèi)星云圖。文中討論了基于小波變換、Contourlet變換以及NSCT融合技術與本文提出的融合方法的性能比較。通過多個融合例子證明本文所提出的方法能夠獲得豐富的方向信息,并且對噪聲有較強的魯棒性。
　　 (2)基于邊界特征的臺風主體云系自動識別。臺風在不同的發(fā)展階段具有不同的特點,諸如

4、紋理、形狀、面積等會發(fā)生變化。基于上述這些特征不能將各個發(fā)展階段的臺風主體云系自動識別出來。臺風在各個發(fā)展階段都有一定的渦旋特性,而非臺風云系一般沒有這種性質。基于此,利用融合后的衛(wèi)星云圖提取云系的邊界特征,并統(tǒng)計邊界云的旋轉程度,進而自動識別臺風主體云系。首先,利用Bezier直方圖的曲率曲線獲得衛(wèi)星云圖兩次分割的兩個閾值,分別對融合后的衛(wèi)星云圖進行一次和二次分割；利用分割后的二值化衛(wèi)星云圖結合臺風的幾何特征,如旋轉、面積和形狀等特征

5、,自動識別臺風主體云系。實驗結果表明:利用所提出來的方法能夠有效地將各個發(fā)展階段的臺風主體云系從衛(wèi)星云圖中識別出來。
　　 (3)基于分形特征和梯度信息的臺風中心定位。除了消亡后期的臺風云系外,其他各個時期的臺風大都有密閉云區(qū),而不管是哪種類型的臺風,臺風中心絕大部分都位于密閉云區(qū)域內。基于此,本文利用分形維數(shù)與灰度-梯度共生矩陣的三個二次統(tǒng)計參數(shù)結合,定出臺風密閉云區(qū)域,而后基于密閉云區(qū)內臺風中心區(qū)域梯度信息最豐富的特點,定出