封面故事|台风来了？！快来学习自动定位风眼！

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封面故事|台风来了？！快来学习自动定位风眼！

2018 年 3 月 30 日 中国图象图形学报

热带气旋客观定位的红外亮温方差方法

作者：张长江,薛利成,马雷鸣,等

来源：《中国图象图形学报》

DOI: 10.11834/jig.170402

论文看点

1、利用Bezier直方图方法分割包含热带气旋的红外静止卫星云图，并利用数学形态学方法去除杂散云团，得到热带气旋主体云系；利用K均值聚类方法用于分割热带气旋，检测热带气旋螺旋雨带两侧边缘位置以及密闭云区纹理比较明显的区域；将上面两幅二值图像相乘得到了热带气旋亮温梯度变化明显的位置。

2、用Hough变换检测热带气旋中心所在的区域，与直接对整幅卫星图像进行检测相比，缩小了检测区域的大小，进而减少了热带气旋中心定位的计算量。

实用价值

本文方法仅用一幅红外静止卫星云图不借助于其它数据就能客观的自动确定TC的中心位置，本文方法定位与CMA、JMA的偏差比较接近，与JTWC的偏差较大。就西北太平洋的TC而言，CMA和JMA的定位精度较高，JTWC精度稍低,这是与认知相符合，并且也证明了本文方法具有较高的可信度。此外，本文方法为TC定位提供了新的参考依据，能够对我国气象灾害监测预报等相关业务部门有一定的参考借鉴。

研究背景

台风具有突发性强、破坏力大的特点,是世界上最严重的自然灾害之一。台风给我国东南沿海各省市的工农业生产、交通运输和人民生命财产的安全造成严重威胁和极大损失。正确面对台风、避免台风的灾害是一事关国家和人民生命安全的问题,台风预报也就成为了气象预报的重点之一。确定台风中心位置对台风预报来说具有至关重要的作用。静止卫星云图可以连续监视热带云系的演变,揭示和发现新的天气事实,己成为分析和预报台风的重要工具之一。

本文提出一种基于红外静止卫星云图结合边缘检测、密度矩阵、Hough变换等技术的TC中心的自动定位算法，其定位结果与中国气象局（China CMA）、日本气象厅（MA）和美国联合飓风预警中心（JTWC）的年鉴数据进行比较分析。

结果展示

用偏差角梯度分布均匀性算法(DAGDU，Deviation Angle gradient distribution uniformity)计算单个热带气旋并画出相对应路径以及CMA、JMA和JTWC的年鉴路径。如下图表示2014年20号超强台风鹦鹉（10月30日0时—11月6日12时）的定位结果：

插入视频数据

作者简介

张长江

张长江，1974年9月生，男，教授，硕士生导师，现为浙江师范大学数理与信息工程学院副院长，2004年毕业于北京理工大学获导航、制导与控制专业博士学位，研究方向为图像处理、机器学习、多尺度几何分析及其应用。发表学术论文80余篇，授权和受理国家发明专利7项，主持国家自然科学基金、省部级等各类项目20余项，获浙江省高校科研成果一、二、三等奖各1项。入选浙江省“新世纪151人才工程”第二层次。Email：zcj74922@zjnu.edu.cn

薛利成

1992年2月生，男，在读研究生，现在浙江师范大学数理与信息工程学院物理电子学专业攻读硕士研究生，2014年本科毕业于杭州电子科技大学通信工程专业，研究方向为图像处理及机器学习。Email：1259953196@qq.com

马雷鸣

1975年3月生，男，研究员，硕士生导师，曾任中国气象局上海台风所数值室主任，现为中国气象学会数值预报委员会委员、上海中心气象台副台长，2009年5月毕业于南京大学并获气象学专业博士学位，研究方向为台风数值预报理论和方法研究。发表学术论文20余篇，受邀作为美国气象学会J Appl. Metero. Clim、欧洲Elsevier期刊、Natural Hazards、Advances in Atmospheric Sciences、科学通报、热带气象学报英文版、海洋学报英文版、力学学报等审稿人。主持或参与20余项科研项目，获得上海市科技进步奖、国家海洋创新成果奖等省部级科研奖励6次，2006、2010年获得两届全国优秀青年气象科技工作者。Email：malm@mail.typhoo.gov.cn

鲁小琴

1975年12月生，女，副研究员，现任职于中国气象

局上海台风研究所台风信息室，2003年6月毕业于华东师范

大学并获硕士学位，研究方向为热带气旋资料信息化及遥感

与地理信息系统。Email：luxq@mail.typhoon.gov.cn

研究团队介绍

研究团队在热带气旋（Tropical Cyclone, TC）定位、定强和TC灾害预报与分析、卫星资料反演和同化、机器学习和多尺度几何分析(Multi-scale Geometry Analysis, MGA)等领域取得了较多的研究成果。在《Journal of the Atmospheric Sciences》x学术期刊和学术会议等发表相关学术论文150余篇，其中100余篇被SCI/EI收录。

近年来团队其他成员在相关领域的研究工作如下：上海中心气象台的马雷鸣研究员将QuikSCAT资料与边界层模式动力约束相结合反演近海面风场，并通过资料同化改善了台风强度预报；用卫星资料分析TC演变过程、结构和降水特征；用卫星资料的变分同化技术改进对台风强度的模拟，成功模拟了TC环境场的演变过程，改进了路径的模拟。马雷鸣研究员主持国家科技部973计划项目“台风登陆前后异常变化及成灾机理研究”（项目号：2009CB421500）专题“雷达卫星遥感资料反演和分析的理论方法研究”，建立了基于卫星资料和边界层模式动力反演的台风初始化方法。此外，马雷鸣研究员参与团队负责人主持的国家自然科学基金、省自然科学基金和省公益性研究计划项目等，负责后期台风卫星资料同化工作。中国气象局上海台风研究所的鲁小琴副研究员在基于卫星资料的台风定位、定强、遥感资料反演、热带气旋资料检索、台风灾害评估技术及在业务化中的应用、台风风雨临近预报等方面开展研究。此外，鲁小琴参与团队负责人主持的国家自然科学基金、省自然科学基金、省公益性研究计划项、国家重点实验室开放基金和上海台风研究基金等项目的研究，负责台风定位和定强算法评价和验证工作。