论文总字数：18611字

摘 要

随着科学技术的不断发展，人们对自然灾害预报的准确性越来越重视。同时,阵风锋也已成为短时临近预报的重点话题。先进的阵风锋识别算法不仅可以为预报及防灾工作服务，也丰富了天气系统技术理论的领域上的内容。本文对阵风锋自动识别系统进行了深入的探讨和分析。首先介绍了阵风锋发展史及其特点，多普勒天气雷达及其观测特征分析（包括多普勒速度及其谱宽）；然后对阵风锋自动识别算法中所涉及的先进的理论进行详细解剖；最后介绍了一种基于熵函式模板的阵风锋识别算法，在原有的算法基础上，探究在最佳条件下的阵风锋位置。

基于雷达反射率资料的熵函式模板匹配算法从已有雷达阵风锋图像获取特征信息，建立用于图像匹配的模板编码，辅之以径向速度、风切变等信息进行阵风锋自动识别的算法，利用实测的多普勒雷达资料进行试验，结果表明，该算法能较好地识别出雷达资料中的阵风锋位置。

关键字：阵风锋，熵匹配函式模板，自动

Gust Front Automatic Identification Based on Entropy Function Templates

Abstract

With the development of science and technology of natural disaster, people pay more and more attention to the accuracy of the prediction.At the same time, Gust front research have become the important topic short-time near forecast.Advanced gust front recognition algorithm can not only work for the prediction and prevention services, but also enriched the content areas of weather systems on the technical theory.This article for gust front automatic identification system carry out the in-depth discussion and analysis.Firstly,the article introduce the history of the development and characteristics of the gust front,Doppler weather radar and observation feature analysis (including Doppler velocity and spectral width)，then gust front automatic identification associated with advanced theory algorithms dissect in detail. Finally, it introduce the gust front recognition algorithm based on entropy function template,on the foundation of original algorithm find the gust fronts under optimal conditions.

Based on the characteristics of gust front in Doppler radar data,a new method of gust front detection is presented using entropy functional template matching algorithm,getting gust front image characteristic information, coding template for image matching,using radial velocity and wind shear as assistant criterions.The main problems in its realization and their solutions are discussed.The data sets from Doppler weather radar are testified, the results show that the method can reasonably detect the gust fronts.

Key words：Gust front，Entropy matching function templates，automatic

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 阵风锋 1

1.1.1 阵风锋简介与重要性 1

1.1.2 阵风锋的特征 2

1.1.3 阵风锋研究的现状与发展 3

1.2 多普勒天气雷达 4

1.2.1 多普勒天气雷达简介 4

1.2.2多普勒雷达数据形式 4

1.2.3多普勒雷达观测特征分析 5

第二章 阵风锋自动识别涉及理论 8

2.1 双线性插值 8

2.1.1 双线性插值理论 8

2.1.2 双线性插值算法 8

2.2 直方图应用 9

2.2.1 直方图理论 9

2.2.2 均一化直方图 10

2.3 数字图像滤波处理 10

2.3.1 滤波原理与均值滤波 10

2.3.2 均值滤波的实现算法 11

2.3.3 均值滤波应用 12

第三章 阵风锋自动识别算法 13

3.1 熵函式模板 13

3.2 风切变 16

3.2.1 风切边理论 16

3.2.2 差值滤波算法 17

3.2.3 风切边的最小二乘算法 17

3.2.4 两种算法的对比 19

3.3 其他影响阵风锋因素 20

第四章 阵风锋自动识别具体案例分析 22

4.1 多种实例分析 22

4.2 总结 27

结束语 28

参考文献 29

致谢 30

第一章 绪论

1.1 阵风锋

1.1.1 阵风锋简介与重要性

阵风锋天气现象,尤以春末夏初居多,出现时间在傍晚前后。锋面是冷暖气团之间的过渡带,锋区两侧的温、压、湿等气象要素的分布是不连续的。锋区地面窄,向上变宽,并向冷空气一侧倾斜。冷锋中冷空气一侧为下沉运动,暖空气一侧为上升运动。冷锋过境时的天气主要取决于暖气团的水汽含量和稳定度。如果暖空气比较潮湿且不稳定,易形成雷阵雨等强烈天气；如果暖空气比较干燥且不稳定,有时无降水现象,但有突发性大风出现,形成阵风锋。

对流风暴中的冷性下沉气流到达低空,并向外扩散,与低层暖湿空气交汇而引发强风,其前缘就是阵风锋,通常认为阵风锋是边界层辐合线的一种类型,又称雷暴的出流边界。传统天气雷达的发射功率和接收机灵敏度远不如新一代天气雷达,因而探测不到阵风锋等天气现象。阵风锋属于中小尺度天气系统,突发性很强,多普勒天气雷达具有径向风场探测功能,可以对阵风锋进行有效的监测和预警。

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