专利名称：改进的制作热带气旋风带的方法
技术领域：
本发明涉及热带气旋整体强度的评价和影响范围评估。更具体地，涉及一种改进 的制作热带气旋风带的方法。
背景技术：
热带气旋风圈是指某一时刻由热带气旋风力等值线包围的大于或等于某一风力 等级的区域，热带气旋风圈是评价热带气旋影响范围的重要参数之一。目前，西北太平洋地 区热带气旋影响范围信息来源多种多样。在卫星遥感广泛应用之前，热带气旋影响范围主 要参考地面资料、探空飞机及探空气球记录等，而近几十年来，卫星遥感以及数值模式等在 影响范围确定上应用越来越多。利用卫星遥感数据，定位热带气旋中心，反演风场、降水场强度，从而确定热带气 旋影响范围已经有几十年的历史。例如，美国1978年发射了第一颗洋面风场监测卫星 Seasat,随后，欧洲宇航局于1991年及1995年发射的ERS-I和ERS-2、日本1996年发射的 ADE0S-I，美国1999年发射的QuikSCAT、日本2002年底发射了 ADEOS-II，均可反演出不同 时空分辨率风场相关信息。在降水监测方面，DMSP(Defense Meteorological Satellite Program)系列卫星、TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)及我国风云(FY)系列 卫星，可以较好地获取降水场信息。卫星遥感可以反演已经生成的热带气旋影响范围，所得 到结果时间分辨率不一。数值模式可对热带气旋的生成、演变及影响范围等进行预报。例如，中国气象局 (CMA)、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)等都对西太平 洋地区进行模式预报，主要预报参数包括6小时中心路径经纬度、7级风半径、10级风半径、 最大风速点经纬度等，由此可知每6小时正圆形热带气旋影响范围。中国气象局上海台风所编辑出版的《热带气旋年鉴》(原《台风年鉴》)，截至目前已 经连续出版了共60册，记录了 1949-2008年西北太平洋及南海地区热带气旋信息。年鉴中 “大风区域演变图”记载了所有对我国造成影响的热带气旋逐日的风区演变，大风区域演变 图一般记录了被标号的热带气旋在世界协调时00、06、12、18时的四次定位；以及分别以不 同的显示格式示出的6级风区，8级风区和10级风区。在大风区域演变图中一般只记载了 08时风区，只在08时风区分析不出，才记录其他时间的风区。“大风区域演变图”制作的前 期信息来源主要包括地面观测、卫星云图、空投探空仪及飞机探测，后期还参考了 QuikSCAT 卫星资料等在内的多种数据源，其大风分布空间范围也越来越精确。“大风区域演变图”在 热带气旋影响范围长时间序列研究上有着不可替代的作用。上述热带气旋影响范围信息，特别是风力等级信息中，风圈只是瞬时风速分布的 空间表现，而在台风灾害的预警、应急损失评估以及风险评估中，除了瞬时信息外，需要大 风分布的连续信息。本发明人在2010年7月沈日提交的中国国家知识产权局申请号为 CN201010235805. 6，名称为“一种制作热带气旋风带的方法”的发明专利申请，公开了一种 利用“大风区域演变图”中的风圈和路径制作整场热带气旋事件中由连续的大风形成的风带的方法。在该方法中，首先对每个已知风圈进行椭圆化拟合，按照确定的时间间隔对拟合 的椭圆化风圈进行插值，利用插值风圈对应时间点的已知的路径点或插值的路径点对插值 风圈进行定位，将同一风力等级的多个拟合椭圆化风圈和多个插值风圈形成包络，得到一 场热带气旋事件中经历该风力等级的风带。用这种方法制作风带，所得到的风带与实际风 带之间的误差可能由三个方面构成系统误差、拟合误差和插值误差。系统误差主要是由于 观测方式、观测仪器、人工判读等方面造成，是不可避免的。拟合误差和插值误差则是在风 带制作过程中引入的，可通过风带制作方法的改进而减小。通过随机抽取1000个历史风圈 进行试验，统计椭圆化风圈与历史风圈的拟合相似率，即用椭圆化风圈和历史风圈两个图 形的交集的面积除以两个图形的并集的面积，得到的拟合相似率平均值为95. 38%，标准差 为0.0531。总体而言，用椭圆对历史风圈进行拟合得到的拟合效果已较好，但考虑到对于 “大风区域演变图”中的风圈而言，1毫米对应于实地距离十几至几十公里不等，对风圈拟合 和风带制作方法的微小改进对于灾害或风险评估的改进而言都具有极为重要的意义，因而 仍需对椭圆拟合中近5 %的拟合误差进一步降低。对于插值而言，上述专利是基于热带气旋 风圈的几何中心与路径点重合这一假设而对插值风圈进行定位的，经抽查，对于不同尺度 的风圈而言，风圈几何中心跟路径点可能相差几百米到几百千米不等，因而追求较高的风 圈插值精度时，以上假设显然不能满足要求，需要以一种更准确的定位方式对插值风圈进 行定位。因此，需要提供一种借助精确拟合并精确定位的风圈和插值风圈制作热带气旋风 带的方法。
发明内容
本发明进一步提供一种包括采用如上所述的制作热带气旋风带的方法制作的热 带气旋风带产品。本发明提供了一种基于瞬时大风区域制作热带气旋风带的方法。根据本发明的方 法，可基于大风区域演变图中形状不规则的风圈和由于观测时刻离散获得的时间上不连续 的风力等值线数据，获得热带气旋事件中接近实际大风影响范围的热带气旋风带。本发明提供一种制作热带气旋风带的方法，该方法包括获取一场热带气旋事件中的多个已知风圈中每个风圈的时间、风力等级和风圈边 界地理位置的数据，椭圆拟合或傅里叶拟合每个已知风圈的边界形成拟合椭圆风圈或拟合傅里叶风 圈，按确定的时间间隔对同一风力等级的拟合椭圆化风圈或拟合傅里叶风圈进行插 值得到多个关于时间密集的插值风圈，对同一风力等级的多个拟合椭圆化风圈和其多个插值风圈形成并集，或对同一风 力等级的多个拟合傅里叶风圈和其多个插值风圈形成并集，得到经历该风力等级的热带气 旋风带，通过叠加各风力等级的风带形成该场热带气旋事件的热带气旋风带。优选地，该方法进一步包括对热带气旋风带进行修正以使高风力等级的风带包含 在低风力等级的风带中。
优选地，所述傅里叶拟合每个已知风圈的边界形成拟合傅里叶风圈包括以下步 骤对每个风圈的边界等距地采样M个点，获取每个点的坐标，得到多边形顶点序列 {<Χ，> }二，其中(χ。，y0) = ( ，y )；对所述多边形顶点序列的两个分量分别作傅里叶分解，第k次谐波系数可表示 为
权利要求
1.一种制作热带气旋风带的方法，其特征在于，该方法包括获取一场热带气旋事件中的多个已知风圈中每个风圈的时间、风力等级和风圈边界地 理位置的数据；椭圆拟合或傅里叶拟合每个已知风圈的边界形成拟合椭圆风圈或拟合傅里叶风圈；按确定的时间间隔对同一风力等级的拟合椭圆化风圈或拟合傅里叶风圈进行插值得 到多个关于时间密集的插值风圈；对同一风力等级的多个拟合椭圆化风圈和其多个插值风圈形成并集，或对同一风力等 级的多个拟合傅里叶风圈和其多个插值风圈形成并集，得到经历该风力等级的热带气旋风 带；以及通过叠加各风力等级的风带形成该场热带气旋事件的热带气旋风带。
2.根据权利要求1所述的制作热带气旋风带的方法，其特征在于，该方法进一步包括 对热带气旋风带进行修正以使高风力等级的风带包含在低风力等级的风带中。
3.根据权利要求1所述的制作热带气旋风带的方法，其特征在于，所述傅里叶拟合每 个已知风圈的边界形成拟合傅里叶风圈包括以下步骤对每个风圈的边界等距地采样M个点，获取每个点的坐标，得到多边形顶点序列 {<Χ，> }:=ο，其中(χ。，y0) = ( ，y )；对所述多边形顶点序列的两个分量分别作傅里叶分解，第k次谐波系数可表示为
4.根据权利要求1所述的制作热带气旋风带的方法，其特征在于，按确定的时间间隔 对同一风力等级的拟合椭圆风圈进行插值是对其长轴、短轴及长轴方位角进行插值。
5.根据权利要求1所述的制作热带气旋风带的方法，其特征在于，按确定的时间间隔 对同一风力等级的拟合傅里叶风圈进行插值是按确定的时间间隔对拟合傅里叶风圈的前N 个分量进行插值得到插值傅里叶风圈的前N个分量，通过重构形成插值傅里叶风圈。
6.根据权利要求1所述的制作热带气旋风带的方法，其特征在于，在按确定的时间间 隔对同一风力等级的拟合椭圆化风圈或拟合傅里叶风圈进行插值得到多个关于时间密集 的插值风圈步骤之后，该方法进一步包括以下步骤以便得到借助中心路径点辅助定位的插 值风圈计算各拟合风圈和插值风圈的风圈重心(X。。，Y00) t ；将热带气旋中心路径点(X。，Y。)序列按给定时间精度进行插值，得到包含原始中心路 径点(Χ。，γ。)的插值后中心路径点(X'。，Y'。)序列；计算t时刻拟合风圈重心(Χω，yjt与该拟合风圈相应时刻的热带气旋中心路径点 (X'。，Y'。)的位置差(xr，y山=(xQQ，yQQ)t-(X'。，Y'。)t，作为中心相对量； 将中心相对量按给定时间精度进行插值，得到(χ' r,y'》序列； 根据插值后的中心路径序列和插值后的中心相对量序列，计算插值风圈中心序列(X 00' y 00)‘(x' 00'y' Jt= or CY' c)t+(x' r，y' r)t将t时刻插值风圈的重心移到该时刻插值风圈中心上，实现对插值风圈的定位。
7.根据权利要求1所述的制作热带气旋风带的方法，其特征在于，当被插值对象为两 个时，所述插值为线性插值。
8.根据权利要求1所述的制作热带气旋风带的方法，其特征在于，当被插值对象为三 个或三个以上时，所述插值为样条插值。
9.根据权利要求1所述的制作热带气旋风带的方法，其中所述获取一场热带气旋事件 中的多个已知风圈的数据包括对大风区域演变图进行数字化以提取包括各已知风圈的时 间、风力等级、风圈边界地理坐标以及各路径点的时间和坐标的数据。
10.一种包括采用根据权利要求1所述的制作热带气旋风带的方法制作的热带气旋风 带产品。
全文摘要
本发明涉及一种制作热带气旋风带的方法。该方法包括获取一场热带气旋事件中的多个已知风圈中每个风圈的时间、风力等级和风圈边界地理位置的数据，椭圆拟合或傅里叶拟合每个已知风圈的边界形成拟合椭圆风圈或拟合傅里叶风圈，按确定的时间间隔对同一风力等级的拟合椭圆化风圈或拟合傅里叶风圈进行插值得到多个关于时间密集的插值风圈，对同一风力等级的多个拟合椭圆化风圈和其多个插值风圈形成并集，或对同一风力等级的多个拟合傅里叶风圈和其多个插值风圈形成并集，得到经历该风力等级的热带气旋风带，以及通过叠加各风力等级的风带形成该场热带气旋事件的热带气旋风带。
文档编号A01G15/00GK102132662SQ20111000381
公开日2011年7月27日 申请日期2011年1月10日 优先权日2011年1月10日
发明者方伟华, 李颖 申请人:北京师范大学