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示踪云块,获得云迹风矢,而且可以同时获得速度谱及其方差。这种方法更适合
于短时间间隔的快速区域云图导风,成为卫星导风技术上对传统的相关技术的一
种补充。该系统生成的云迹风场可以满足实际业务和科研工作的需要。
傅立叶相位法实质是目标模块与下一时刻的相同位置模块做频谱匹配,通过
相位差计算风矢,因此,当云块位移大于两个像素单位时,计算过程中将出现相
位重叠现象,计算的云块的相速度和真实速度不一致。所以对于时间间隔较长的
云图序列,尤其是30分钟至60分钟间隔的常规云图,傅立叶相位法不适用。
4.3.3 TCFM 导风法
由于时间间隔较长的云图序列对于傅立叶相位分析法则不适用,而相关法计
算位移又会由于像素分辨率问题导致风速计算存在误差。为了综合利用傅立叶相
位分析和最大相关两种方法的优点,提高普通间隔云图序列导风的精度,朱平[6]
等研究者们将两种导风方法的概念相结合,提出 TCFM(Tracking cloud with
Combined Fourier phase analysis and Maximum correlation)方法。
该导风方法首先用传统相关法进行模块匹配,然后通过判断匹配模块与目标
模块的匹配度判断是否发生云块的亚像素位移,若发生亚像素位移,则进一步利
用傅立叶相位分析法对目标模块和匹配模块进行频谱分析,根据相位差计算亚象
素位移,计算得到亚像素风矢对传统匹配法得到的风矢进行修正。
该方法有效解决了长时间间隔云图亚像素位移的问题,提高了云迹风的精度,
但由于在相关法的基础上加入了快速傅立叶变换,计算复杂度较高。
4.3.4 算法讨论
由于云导风计算复杂度较高,为了缩小匹配搜索范围,一般采用二次匹配法:
一般情况下先将张红外云图原分辨率减半,计算云图上给定模块的位移,称为粗
匹配;以此粗匹配风矢作为云迹风初值来缩小搜索区,用原分辨率云图重新搜索,
称为精匹配,从而得到比粗匹配精度高的云迹风矢。由于本文所选取的示踪云较
少,仅为 6400 个,因此二次匹配法不是必要的。
目前大部分的卫星云导风产品均是采用三幅相邻时刻的卫星云图进行云导
风计算的。事实上,两幅相邻时间的云图提供信息已经足够用于计算云导风,如
何有效的利用三幅卫星云图的信息是值得讨论的。
目前各国气象部门主要是采用前两图得到的云迹风矢对后两图云迹风矢进
行质量控制的方法。欧洲 ESA 也采用二次匹配,但使用红外和可见光两种云图,
即用红外图匹配得到的云迹风场(称为粗匹配风场)作为初始风场,进行可见光
图匹配(称为精匹配)。
而实际上,这样做并没有有效地利用三幅图的灰度信息,而且目前大多数方
法是基于单点的模块匹配。因此当计算出现错误时,无法对错误的方式进行修正。
因此提出能够有效利用三幅图,并建立与周围采样点之间联系的方法,对提高云
导风的精度有很大帮助。