天气雷达回波图像的预测方法及预测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于天气预测技术领域，尤其涉及天气雷达回波图像的预测方法及预测装置。
【背景技术】
[0002]在气象预测领域中，对未来一段时间内的降水情况进行预测是重要的内容。目前，通常利用天气雷达的回波图像来预测降水量。例如:利用多普勒雷达的回波图像，按照适当的Z-R关系(反射率因子和雨强度关系)来预测某地区未来的降水量。现有的降水预测方法主要包括:基于天气雷达回波强度的不动法预测，以及基于天气雷达回波强度的线性外推法预测。
[0003]基于天气雷达回波强度的不动法预测，假定某一地区的云层在未来一段时间(如两小时)内不会发生变化，完全通过该地区当前的天气雷达回波图像来预测未来一段时间的降水情况。
[0004]基于天气雷达回波强度的线性外推法预测，假定某一地区的云层在未来一段时间(如两小时)内的运动特征保持恒定，利用该地区在过去一段时间内的风暴运动情况，根据最小二乘法拟合出风暴的二维运动曲线，之后以该二维运动曲线对该地区未来一段时间内的云层运动进行线性外推，利用外推得到的结果预测降水情况。
[0005]但是，云层的运动受到很多因素的影响，尤其是风暴(强对流天气)通常是以大尺度气旋的形式移动，而非不动或者是线性移动，因此，现有的两种预测方法的准确性较低，尤其是对于强对流天气，利用现有的两种方法很难进行准确预测。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种天气雷达回波图像的预测方法及预测装置，通过非线性外推的方式更加准确地预测天气雷达回波图像，从而提高天气预测的准确性。
[0007]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0008]本发明公开一种天气雷达回波图像的预测方法，包括:
[0009]对第一区域在第一时间段内的多个天气雷达回波图像进行分析，确定所述第一地区的天气雷达回波图像在第一时刻的速度矢量图，其中所述第一时间段为:从位于所述第一时刻之前的预定时刻到所述第一时刻之间的时间段；
[0010]将所述第一时刻的天气雷达回波图像作为基准天气雷达回波图像；
[0011]利用当前的基准天气雷达回波图像和所述速度矢量图进行非线性外推，确定目标时刻的天气雷达回波图像，其中所述目标时刻为:当前的基准天气雷达回波图像对应的时刻延迟预设步长时间后的时刻；
[0012]判断当前的目标时刻是否为第二时刻，其中第二时刻为位于所述第一时刻之后的时刻；
[0013]在当前的目标时刻为第二时刻的情况下，确定当前的目标时刻的天气雷达回波图像为预测结果；
[0014]在当前的目标时刻不是第二时刻的情况下，确定当前的目标时刻的天气雷达回波图像为新的基准天气雷达回波图像，再次执行利用当前的基准天气雷达回波图像和所述速度矢量图进行非线性外推，确定目标时刻的天气雷达回波图像的步骤及后续步骤。
[0015]优选的，上述预测方法中，对第一区域在第一时间段内的多个天气雷达回波图像进行分析，确定所述第一地区的天气雷达回波图像在第一时刻的速度矢量图，包括:
[0016]比较所述多个天气雷达回波图像的区域梯度变化，确定所述第一时刻的天气雷达回波图像中特定角点的速度矢量；
[0017]基于所述特定角点的速度矢量，利用双线性插值法确定所述第一时刻的天气雷达回波图像中全部回波数据点的速度矢量，形成所述第一地区的天气雷达回波图像在第一时刻的速度矢量图。
[0018]优选的，上述预测方法中，所述利用当前的基准天气雷达回波图像和所述速度矢量图进行非线性外推，确定目标时刻的天气雷达回波图像，包括:
[0019]基于所述速度矢量图确定所述当前的基准天气雷达回波图像中各回波数据点的速度矢量；
[0020]根据所述当前的基准天气雷达回波图像中各回波数据点的坐标位置以及各回波数据点的速度矢量，计算各回波数据点在目标时刻的坐标位置，形成目标时刻的天气雷达回波图像。
[0021]优选的，上述预测方法中，所述基于所述速度矢量图确定所述当前的基准天气雷达回波图像中各回波数据点的速度矢量，包括:
[0022]确定所述当前的基准天气雷达回波图像中各回波数据点的坐标位置；
[0023]利用各回波数据点的坐标位置和所述速度矢量图确定所述各回波数据点的速度矢量，其中，一个回波数据点的速度矢量为:所述速度矢量图中坐标位置与所述回波数据点的坐标位置相同的点的速度矢量。
[0024]优选的，上述预测方法中，所述基于所述速度矢量图确定所述当前的基准天气雷达回波图像中各回波数据点的速度矢量，包括:
[0025]在所述当前的基准天气雷达回波图像为第一时刻的天气雷达回波图像的情况下:确定所述当前的基准天气雷达回波图像中各回波数据点的坐标位置;利用各回波数据点的坐标位置和所述速度矢量图确定所述各回波数据点的速度矢量，其中，一个回波数据点的速度矢量为:所述速度矢量图中坐标位置与所述回波数据点的坐标位置相同的点的速度矢量；
[0026]在所述当前的基准天气雷达回波图像不是第一时刻的天气雷达回波图像的情况下:分别确定所述当前的基准天气雷达回波图像中各回波数据点的中间坐标位置，其中一个回波数据点的中间坐标位置为:所述回波数据点的当前坐标位置与第三时刻的坐标位置的中间位置，所述第三时刻位于所述当前的基准天气雷达回波图像所对应的时刻之前，且两者之间的时长为预设步长时间；利用各回波数据点的中间坐标位置和所述速度矢量图确定所述各回波数据点的速度矢量，其中，一个回波数据点的速度矢量为:所述速度矢量图中坐标位置与所述回波数据点的中间坐标位置相同的点的速度矢量。
[0027]本发明还公开一种天气雷达回波图像的预测装置，包括:
[0028]速度矢量图确定单元，用于对第一区域在第一时间段内的多个天气雷达回波图像进行分析，确定所述第一地区的天气雷达回波图像在第一时刻的速度矢量图，其中所述第一时间段为:从位于所述第一时刻之前的预定时刻到所述第一时刻之间的时间段；
[0029]第一处理单元，用于将所述第一时刻的天气雷达回波图像作为基准天气雷达回波图像；
[0030]图像预测单元，用于利用当前的基准天气雷达回波图像和所述速度矢量图进行非线性外推，确定目标时刻的天气雷达回波图像，其中所述目标时刻为:当前的基准天气雷达回波图像对应的时刻延迟预设步长时间后的时刻；
[0031]判断单元，用于判断当前的目标时刻是否为第二时刻，其中第二时刻为位于所述第一时刻之后的时刻；
[0032]第二处理单元，用于在当前的目标时刻为第二时刻的情况下，确定当前的目标时刻的天气雷达回波图像为预测结果；
[0033]第三处理单元，用于在当前的目标时刻不是第二时刻的情况下，确定当前的目标时刻的天气雷达回波图像为新的基准天气雷达回波图像，触发所述图像预测单元执行利用当前的基准天气雷达回波图像和所述速度矢量图进行非线性外推，确定目标时刻的天气雷达回波图像的步骤。
[0034]优选的，上述预测装置中，所述速度矢量图确定单元包括:
[0035]比较子单元，用于比较所述多个天气雷达回波图像的区域梯度变化，确定所述第一时刻的天气雷达回波图像中特定角点的速度矢量；
[0036]数据处理子单元，用于基于所述特定角点的速度矢量，利用双线性插值法确定所述第一时刻的天气雷达回波图像中全部回波数据点的速度矢量，形成所述第一地区的天气雷达回波图像在第一时刻的速度矢量图。
[0037]优选的，上述预测装置中，所述图像预测单元包括:
[0038]速度矢量确定子单元，用于基于所述速度矢量图确定所述当前的基准天气雷达回波图像中各回波数据点的速度矢量；
[0039]预测子单元，用于根据所述当前的基准天气雷达回波图像中各回波数据点的坐标位置以及各回波数据点的速度矢量，计算各回波数据点在目标时刻的坐标位置，形成目标时刻的天气雷达回波图像。
[0040]优选的，上述预测装置中，所述速度矢量确定子单元包括:
[0041]第一速度矢量确定模块，用于确定所述当前的基准天气雷达回波图像中各回波数据点的坐标位置，之后利用各回波数据点的坐标位置和所述速度矢量图确定所述各回波数据点的速度矢量，其中，一个回波数据点的速度矢量为:所述速度矢量图中坐标位置与所述回波数据点的坐标位置相同的点的速度矢量。
[0042]优选的，上述预测装置中，所述速度矢量确定子单元包括第二速度矢量确定模块和第三速度矢量确定模块；
[0043]在所述当前的基准天气雷达回波图像为第一时刻的天气雷达回波图像的情况下，所述第二速度矢量确定模块确定所述当前的基准天气雷达回波图像中各回波数据点的坐标位置，之后利用各回波数据点的坐标位置和所述速度矢量图确定所述各回波数据点的速度矢量，其中，一个回波数据点的速度矢量为:所述速度矢量图中坐标位置与所述回波数据点的坐标位置相同的点的速度矢量；
[0044]在所述当前的基准天气雷达回波图像不是第一时刻的天气雷达回波图像的情况下，所述第三速度矢量确定模块分别确定所述当前的基准天气雷达回波图像中各回波数据点的中间坐标位置，之后利用各回波数据点的中间坐标位置和所述速度矢量图确定所述各回波数据点的速度矢量，其中，一个回波数据点的中间坐标位置为:所述回波数据点的当前坐标位置与第三时刻的坐标位置的中间位置，所述第三时刻位于所述当前的基准天气雷达回波图像所对应的时刻之前，且两者之间的时长为预设步长时间，一个回波数据点的速度矢量为:所述速度矢量图中坐标位置