气旋和反气旋教学设计（精选11篇）
这节内容是天气系统的一个重要内容，教材对于这部分的内容都是先介绍一些基本概念，如：低压（气旋）、高压（反气旋），然后再说明受这些天气系统的影响，会带来怎样的天气。最后都安排一些活动，这些活动既可以让学生运用所学的知识解决问题，又突出了学习对生活有用的地理。本节课的重点内容是气旋（低压）和反气旋（高压）与天气。我国全年都受温带气旋影响。夏季东南沿海主要受热带气旋影响。气旋（低压）和反气旋（高压）与天气知识的学习是分析、理解和预测我国天气和气候形成原因和过程的原理性知识。
在教学中我主要利用多媒体演示、图示分析引导学生探究，首先，用台风天气云图、台风天气的图片导入，提问学生这是什么天气系统所带来的天气，由此引入气压中心。在教学气旋与反气旋在南北半球不同的旋转方向时，从分析成因入手，先画水平气压梯度力的方向，再根据地转偏向力的偏转方向画出风向，进而总结在水平方向上北半球气旋逆时针转辐合、反气旋顺时针旋转辐散，南半球气旋顺时针旋转辐合、反气旋逆时针旋转辐散，垂直方向上气旋中心盛行上升气流、反气旋中心盛行下沉气流。讲解锋面气旋天气的形成时，用多媒体演示：气旋中心辐合上升的气流，而在气旋所在的低压槽部容易产生不同性质气流的相遇，形成锋面，反气旋中心下沉辐散的气流，多晴朗天气。在本节知识的讲解中，我将重点放在培养学生识图、读图、画图的能力上，通过对典型例题进行讲解，加深学生对气旋反气旋的认识，达到对知识的灵活运用的效果。
通过本节课重难点知识的讲授和课后学生的反馈情况，我发现了以下几点问题：
1、过多的强调画出气旋反气旋的示意图，对于气旋反气旋的概念只是简单带过，导致有的学生能画出示意图，确说不清楚这是什么东西。
2、在用表格对比气旋反气旋时，速度过快，没有留够时间给学生做笔记，很多学生没有跟上节奏。
3、台风这个知识讲解过细，台风是热带气旋，中心盛行上升气流，但是台风中心有一个台风眼是下沉气流，很多学生看到示意图马上就认为中心下沉气流台风是反气旋。
针对以上存在的问题提出解决方案：
1、在导入后讲解气旋反气旋概念时，在旁边配上气旋和反气旋的图片，图文并茂，加深学生的印象。
2、在对比气旋反气旋时，先给出空白表格，给学生思考时间，先尝试自己完成表格，教师再进行总结，通过对比、自主学习使学生深刻理解这个知识点。
3、讲解台风的时候，先讲台风的概念，带来的天气、出现的时间以及我过受台风影响的地区，最后在学生对台风有一定认识后，再简单提一下台风的结构，把握好重点。
4、因为锋面气旋涉及低压槽，在讲解锋面气旋时，要先讲解主要的几个气压场，高气压、低气压、高压脊、低压槽，多找一些等压线分布图，让学生辨认，再对锋面气旋进行讲解。
一、运用图像 明晰原理
运用多媒体或板图展示图1, 讲清以下原理。
(1) 气旋即是低气压, 反气旋即是高气压, 气旋与低压、反气旋与高压分别是一个事物的两个方面, 气旋、反气旋是对气流运动状况而言, 高低气压则是对气压分布状况而言。
(2) 低气压的中心气压比四周低, 气流由四周向中心辐合, 在水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力的共同作用下, 气流偏转成涡旋状, 这种大气的流动很像江河中的漩涡, 所以低压又叫气旋;高气压的中心气压比四周高, 气流由中心向四周旋转流出, 这种气流状况与气旋相反, 所以高气压又称反气旋。
(3) 在北半球的气旋内, 近地面的气流是逆时针向中心辐合上升的;北半球反气旋的气流是顺时针向四周下沉辐散的。
讲清以上基本原理之后, 为了使学生在自主学习中举一反三、提高能力, 笔者请两位学生上台, 各自在黑板上画出南半球气旋与反气旋的示意图 (图略) , 其他学生则在座位上画。其间, 笔者巡回指导。最后, 请台上两名学生讲讲气旋、反气旋的形成过程, 师生共同讲评。实践表明, 运用图像进行讲解、练习, 能使相关原理明晰化, 可以收到较好的教学效果。
二、巧记口诀 拓展延伸
通过对北半球的气旋与反气旋图的进一步研究, 学生会在理解中发现, 北半球气旋各部位的风向分别为:东部—偏南风, 南部—偏西风, 西部—偏北风, 北部—偏东风。当学生达到这一理解层面后, 笔者便借助口诀“东南西北风, 依次退一风”来让学生加深记忆 (南半球反气旋同) 。而北半球反气旋各部位的风向分别为:东部—偏北风, 南部—偏东风, 西部—偏南风, 北部—偏西风。因此, 可以借助口诀“东南西北风, 依次进一风”来帮助学生记忆 (南半球气旋同) 。
当学生记住了以上口诀后, 就可进行下一步的拓展延伸。笔者出示了“气旋、反气旋与天气”图片, 引导学生探究气旋、反气旋控制地区的天气状况, 弄清气旋由于气流辐合上升, 容易成云致雨, 因而常带来阴雨、大风天气;而反气旋由于气流下沉辐散, 不易成云致雨, 因而常形成晴朗、干燥的天气状况这一基本道理 (详见图2) , 并引入中国相关天气实例予以认证。为进一步强化气旋相关知识的前后联系, 笔者指出, 实际天气系统中地面气旋常常与锋面联系在一起而形成锋面气旋, 并引导学生探讨台风的生成条件、地理分布及天气现象, 从而为后继气象灾害知识的学习打下基础。
三、列表归纳 整体把握
以上内容学习之后, 如何使学生习得的知识更完整、清晰?笔者采用列表的方法, 比较了气旋与反气旋的形成、特征及其影响下的天气现象。
该表从气压状况、气压梯度力的方向、气流运动方向、天气状况以及在我国的典型分布等几个方面, 对气旋、反气旋知识进行了综合对比与系统归纳, 使相关知识点更加完整、一目了然, 有效地提升了学生总体把握知识的能力。
四、适当练习 巩固认识
布置一定的练习, 有利于学生巩固当堂所学知识, 强化对重点知识的理解和掌握。但随堂练习要适当, 稳扎稳打, 步步为营, 不能盲目地加大难度和增加数量。在本节知识的教学中, 笔者安排了如下适当的练习。
1.下列各组排序与图 3 中排序相符的是
A. 1北半球的反气旋 2北半球的气旋 3南半球的气旋 4南半球的反气旋
B. 1北半球的气旋 2南半球的气旋 3北半球的反气旋 4南半球的反气旋
C. 1北半球的反气旋 2南半球的气旋 3北半球的气旋 4南半球的反气旋
D. 1南半球的反气旋 2南半球的气旋 3北半球的气旋 4北半球的反气旋
分析: (1) 首先根据风向逆推气压状况, 确定水平气压梯度力的方向。 (2) 根据气流在北半球向右偏, 南半球向左偏来判断。正确答案为C。
2.我国山东省冬季盛行偏北风, 是因其位于
A.反气旋西侧
B.气旋南侧
C.反气旋东侧
D.气旋北侧
分析:只要学生利用本节所学, 结合季风环流知识进行判断, 就不难找出正确答案C。
3. 当厦门东面海洋上存在一比较稳定的反气旋时, 厦门可能出现的天气状况是
A.盛行下沉气流, 高温少雨
B.盛行上升气流, 寒冷多雨
C.吹东北风, 湿热多雨
D.吹东南风, 湿热多雨
分析:本题有一定难度, 解答此题关键在于明确北半球反气旋西部吹偏南风, 气流暖湿, 可能形成云雨天气, 故应该选D。如果把反气旋不同部位的气流运行状况与其中心控制的地区天气状况混为一谈, 就会做出误判。
4.读图 4, 图中 P1、P2、P3表示等压线, 甲处箭头表示风向, 回答问题。
(1) 该天气系统位于_____ (南、北) 半球, 反映的是________ (近地面、高空) 的情况。
(2) 该系统属于_______气压中心, 从气流运动状况看属于________。
(3) 甲地目前在_________气团控制之下, 不久将经历________天气过程。
(4) 如果冷、暖锋面均引起降水, 那么降水主要在A、B、C、D的________和________处。
分析:在中高纬度地区, 气旋和锋面经常生成在一起。解答本题时, 根据风向与等压线的关系, 可判断该天气系统位于北半球;依据风向与等压线斜交可知反映的是近地面的大气状况。风向由高压吹向低压, 可知该系统为低压, 气流状况为气旋。甲地位于冷锋锋前, 因此受暖气团控制, 即将经历冷锋天气过程。冷、暖锋降水均主要发生在冷气团一侧, 暖锋的降水主要在锋前, 冷锋的降水主要在锋后, 因此雨区在A、D两处。通过本题练习, 能使学生把锋面知识与气旋知识有机地联系起来。
2013-10 读右图，回答1～2题。
1.有关图中四地天气状况的正确叙述是()A．甲地风向为西南风
B．乙地气温较高 C．丙地风速最大
D．丁地气压最低 2.关于戊地天气系统的正确组合为()①南半球 ②北半球 ③暖锋 ④冷锋
A．①③
B．②③
C．①④
D．②④
3.下图中a为等温线，b为锋线(锋面与地面交线)，虚线范围内为雨区且b向偏北方向移动，读图回答下列问题。
(1).图示地区位于________(南、北)半球，锋面b按性质划分属于________锋。
(2).当前，甲、乙两处气温日较差较大的是 哪一处？为什么？
(3).甲处未来一两天内天气如何变化？
4．下图为某日海平面等压线分布图，读图回答下列问题。
(1)从气压分布状况看，甲处为__________，乙处为_________，图中甲、乙两处之间最大气压差可能为________百帕(选择填空)。A．39
(3)试比较郑州、西安两地在气温、气压方面的不同点及产生的原因。
下图是北半球某平原地区某时500 hPa等压面的高度分布图(单位：m)。读图回答3～4 题。
3．下列对图中A、B、C三地气压值的比较，正确的是（）A．PA＞PC＞PB B．PA＜PC＜PB C．PC＞PB＞PA D．PA＝PC＝PB 解析：既然是500 hPa等压面，则同一等压面上气压值应该相等。答案：D 4．此时，A、B两地近地面的天气特征和C地的近地面风向分别是（）A．晴朗 阴雨 东南风
B．阴雨 晴朗 西北风 C．晴朗 阴雨 西北风
D．阴雨 晴朗 东南风
解析：A处500 hPa等压面分布海拔低，则气压也低，相对应的地面气压高，为下沉 气流，天气晴朗；B处500 hPa等压面分布海拔高，则气压也高，相对应的地面气压 低，为上升气流，阴雨天气。气流由A处流向B处，C处近地面吹西北风。答案：C 1、2【解析】 本题组考查判读锋面气旋图及其天气现象的能力。图中等压线反映天气系统为锋面气旋，图中甲乙之间锋面为冷锋、戊为暖锋，依据雨区位置(冷锋锋后、暖锋锋前)可推断为北半球；甲乙丙丁四地中，乙地纬度最低且为暖气团控制，所以气温最高。
【答案】.B B 3【解析】(1)图中山脉处由于地势高而气温低，等温线应该向低纬度弯曲；结合图中山脉处等温线弯曲方向，可判断图中北侧为低纬度，则该地属于南半球；b锋面向偏北方移动，说明来自高纬度的冷气团力量较强，则该锋面是冷锋。(2)甲受暖气团控制天气晴朗，而乙处于雨区，所以甲处气温日较差大于乙处。(3)甲现在处在冷锋锋前，未来几天冷锋北移会影响该地。
【答案】(1)南 冷
(2)甲；受暖气团控制，晴朗无云，白天对太阳辐射的削弱作用弱，晚上大气逆辐射作用弱。(3)先出现较大的风或阴雨天气，随后天气转晴，气温下降，气压上升。
人教版高中地理上册第二单元大气环境中2.5节常见的天气系统，关于锋面气旋的知识介绍比较简短，但是在习题中常常出现，特别是在近年高考中已经开始登场，已渐渐成为一个亮点。如何应对这方面的考题，关键是要能够判读锋面气旋。
一、解读锋面气旋的内涵
存在锋面的低压系统，主要活动在中高纬度，多见于温带地区，人们习惯称之为锋面气旋。在我国北方中高纬度地区，一般气旋和锋面联系在一起。在北半球，它是气流从四周向中心呈逆时针方向流动的天气系统，是我国常见的天气系统。
二、解读锋面气旋的形成
锋面气旋的形成，通常是在中高纬度近地面，在地面上形成的低压受陆地物理性质等因素的影响，其气压中心分布并不均匀和规则，这样在槽线的两侧必然出现风向并不一致的情况，因此形成锋面气旋。具体形成过程如下。
我们先从锋面和气旋的知识点来看锋面气旋的形成。锋面是冷暖性质不同的气流相遇而形成的交界面，它是一个狭窄而又倾斜的过渡地带。气旋就是低气压，在北半球，它是气流从四周向中心呈逆时针方向流动的天气系统。
如图所示，这是一个低气压区域，根据北半球风向的画法，可确定它的东部吹偏南风，西部吹偏北风。低气压向外延伸的狭长区域称为低压槽，如同地形上的山谷，图中AB、CD为两条槽线。
锋面一般形成于地面低压气旋的低压槽中。图中气旋东部偏南风来自较低的纬度，气温较高，当它向北移动时，遇到较高纬度的冷空气就形成了暖锋（图中CD附近）。同样的，气旋西部气流是来源于北方高纬度地区的偏北风，南下会遇到较低纬度的暖空气而形成冷锋（图中AB附近），这样地面天气系统中的锋面气旋便形成了。北半球的气旋是一个按逆时针方向流动的旋涡，它同样也带着已生成的锋面随气流呈逆时针方向移动。
三、解读锋面气旋的结构
由图（人教版高中地理上册第二单元大气环境中2.5节常见的天气系统第48页图2.24）可知，北半球锋面气旋是一个由西向东的逆时针方向旋转的旋涡，中心气压最低，自中心向前方伸出一条暖锋，向后方伸出一条冷锋，冷暖锋之间的是暖空气，冷暖锋以北是冷空气。从垂直方向上而言，气旋的高层是气流辐散区，气旋的低层有气流辐合。气旋中心有上升气流。
四、解读锋面气旋的天气
一般气旋是辐合上升系统，特别是锋面上气流上升更为强烈，常常产生云、雨，甚至有暴雨、雷雨、大风天气。一个成熟的锋面气旋的天气模式是：气旋的前方是宽阔的暖锋云系及相伴随的连续性降水天气，气旋的后方是比较狭窄的冷锋云系的降水天气，气旋的中部（两锋之间）是暖锋控制下的晴朗天气。
1.某年4月5日海平面气压（百帕）分布图。读图，完成下列要求。
（1）甲地的风向为。丙地就气流状况来讲属于，其气压中心的垂直气流方向为。
（2）甲、乙两地相比，风力较小的是，判断依据是。（3）图中A天气系统为 锋，该锋面到达北京时，北京的天气特点是、、。
（4）A天气系统强烈发展，可能带来的自然灾害有（多项选择）。A．台风 B．寒潮
C．泥石流
D．沙尘暴
1．试题分析：
（1）西北、反气旋
（2）图示乙处的等压线较甲处稀疏，故风力较甲处小。
（3）根据图示A所在的锋面气旋图示，画出北半球的锋面气旋图示中的两条低压槽处的锋面，北半球的锋面气旋呈逆时针辐合气流，则A处形成冷锋。冷锋过境时，则容易出现阴天、刮风、降雨、降温乃至降雪天气。
（4）台风属于气旋形成的天气；泥石流是山区受暴雨影响而形成；而冷锋影响下，容易形成我国北方夏季的暴雨，冬季的寒潮和春季的沙尘暴。
近58年来登陆中国热带气旋气候变化特征
利用1949-<台风年鉴>和<热带气旋年鉴>资料,主要分析了1949-20登陆中国热带气旋的频数、登陆位置、登陆季节延续期和登陆强度等要素及其概率分布的年际和年代际变化特征.结果表明:近58年来,登陆中国热带气旋年频数有减少趋势,但登陆时达台风强度的年频数变化不明显;按登陆地点分区统计发现,登陆华南地区的热带低压及(强)热带风暴年频数以减少为主,而登陆东部地区的热带气旋年频数变化不明显.登陆点历年最北位置(最南位置)有南移(弱的`北移)趋势,导致登陆点历年南北最大纬度差逐渐减小,这表明热带气旋登陆区域更为集中,在23°-35°N增多,而在35°N以北和23°N以南以减少为主.登陆中国热带气旋季节延续期缩短了近1个月.热带气旋年平均登陆强度及其概率分布偏度有增加趋势,表明登陆的强台风有增加;登陆中国华南和东部地区的台风强度都有增强趋势,前者比后者趋势更明显.另外,热带气旋年最大登陆强度差长期呈现减小的趋势.
作 者：杨玉华 应明 陈葆德 YANG Yuhua YING Ming BAODE Chen 作者单位：中国气象局上海台风研究所,上海,30;中国气象局台风预报技术重点开放实验室,上海,200030刊 名：气象学报 ISTIC PKU英文刊名：ACTA METEOROLOGICA SINICA年，卷(期)：67(5)分类号：P467关键词：登陆热带气旋 登陆位置 陆强度 偏度 Landfall TC Landfall location Landfall intensity Skew
关键词：热带气旋,路径,危害,浙江乐清
乐清市位于浙江省东南沿海, 与台州、温州相邻, 属中亚热带海洋型季风气候带, 是热带气旋影响的重灾区, 每年都要受到1~2次影响。热带气旋给人民的生命财产带来了严重的威胁, 给工业生产及农、林、渔业等造成严重损失[1,2,3,4]。
1 热带气旋路径
1.1 月际分布
以乐清市为中心, 取1.5个纬距为半径, 对1949—2008年影响乐清市的热带气旋路径进行统计。得出进入该区域的热带气旋总数为74个, 平均每年有1.2个, 多的年份达5个以上 (1990年5个, 2005年6个) 。从表1可以看出, 7—9月台风出现的频率最高, 分别占25.7%、31.1%、23.0%。热带气旋、暴雨和洪涝是影响乐清农业和农村经济的主要气象灾害, 具有受灾面广、灾情重的特点。
1.2 主要路径
为了研究需要, 将一些影响乐清市之前运动速度和方向呈现不规则情况, 如打转、忽然转向、“蛇行”前进等异常情况 (总体上与气候规律保持一致的热带气旋所经路径) , 仍视为正常路径。研究发现, 除少数发生在太平洋和东海区域的热带气旋外, 大部分的路径密集交叉, 具有较明显的规律性, 常伴随着副高多年平均线和西伸脊点变化而变化。由图1~3可以看出, 影响乐清市的热带气旋路径主要有3条, 即路径1、路径2、路径3。
1.2.1 路径1。
从南海生成向东北方向运动, 登陆广东后东北方向运动, 沿抛物线路径影响乐清市, 主要发生在5—7月, 还有一个是10月, 从太平洋生成进入南海再影响乐清市。此类热带风暴风力较小, 预报着眼点放在登陆珠江口附近县市, 向东北转向进入福建或江西影响乐清市。
1.2.2 路径2。
在菲律宾以东海面生成, 向西北方向运动, 经过台湾或附近海面影响乐清市, 主要发生在6—9月, 对乐清市影响和危害最大, 主要表现为风力大, 降雨强。此类路径影响乐清市的24~48 h的预报着眼点放在巴士海峡以东和登陆台湾的热带气旋上。
1.2.3 路径3。
在太平洋中部或关岛附近海面生成, 向西北偏西方向运动, 经过台湾或附近海面影响乐清市, 主要发生在8—9月。此类热带风暴对乐清市影响和危害也很大, 主要表现为风力大, 降雨强。此类路径影响乐清市的24~48 h的着眼点放在冲绳岛以南和钓鱼岛以北, 向西北偏西运动的热带气旋上。
1.3 异常路径
经统计分析, 得出影响乐清市热带气旋的异常路径特点为:一是热带气旋影响乐清市72 h前, 移动到南海东部海面后打转, 穿过台湾岛影响乐清市;二是西南低压移入乐清市附近海面发展, 其生成过程中移动路径古怪, 无法判断;三是热带气旋在太平洋生成并向西偏北移动时, 有冷空气南下东移, 天气形势表现为鞍形场, 当热带气旋运动速度降低至10 km/h以下时, 浙江一带附近为低气压幅合区, 有利于热带气旋转向乐清市登陆时, 由于副高南落或北跳, 造成忽然转向的路径。
2 危害
热带气旋灾害的破坏力主要体现在狂风、暴雨和风暴潮3个因素, 三者彼此联系, 有时互为加剧。其对乐清市的影响多数是由风、雨形成, 少数灾情特别严重的, 往往是因为风、雨、潮三灾并发。
2.1 大风
大风是热带气旋造成灾害的重要因素, 当风力大于12级时, 垂直于风向的平面上, 风压可达230 kg/m2以上, 其影响主要体现在对城市以及农田、林地的危害[5]。大风大雨天气会造成农作物不同程度的倒伏、茎叶破损和受淹, 极有利于瓜果蔬菜的软腐病、溃疡病、疫病、炭疽病等病菌的侵入和传播, 易导致多种病害流行, 造成严重损失。2004年14号强台风“云娜”正面袭击乐清市时, 中心最大风速达到58.7m/s, 在乐清上空停留长达12 h, 高压输电铁塔被拦腰折断, 电线杆断倒在地, 停泊在黄华码头的千吨级轮船被大风刮抛到岸上。大部分乡镇供电、供水、交通、通讯中断, 水利、市政设施遭受重创, 有3 210间民房和厂房倒塌, 农作物受灾面积27.3 hm2, 全市直接经济损失近18亿元。
2.2 暴雨
台风影响带来的大暴雨或特大暴雨经常在乐清市造成洪涝灾害。洪涝灾害程度和大暴雨的强及持续时间有关[6,7,8,9]。周子康[3]等人研究发现, 农田受淹面积与台风过程雨量大于100 mm的雨面积密切相关, 台风过程雨量大于100 mm的雨面积每增加104 km2, 台涝面积就要增加7.8万hm2。2005年7月19—21日, 受5号海棠台风影响, 乐成、淡溪、砩头3个自动站的降水量分别达到591.5、754.9、622.1 mm, 南岳、北雁荡、磐石3个自动站的降水量也分别为349.0、304.1、424.0 mm。乐成、虹桥、柳市等城镇严重积水。全市31个乡镇106万人口受灾, 直接经济损失11.768亿元, 其中水利损失0.9亿元, 农、牧、渔业损失5.658亿元, 工业损失3.96亿元。水产养殖遭毁灭性打击, 电力、交通、通讯损失严重 (冲毁路基49 km, 公路31条;供电线路35.6 km;通讯线路60km) 。农田受淹2.603万hm2, 成灾1.103万hm2, 绝收4 180hm2;倒塌房屋956间。3.3万个工矿企业受灾;水利方面损坏有:堤塘417处, 47 km;缺口55处, 2.7 km;护坝87处, 水闸7座, 塘坝140处, 灌溉220处。
台风暴雨是加剧乐清山地水土流失的一个重要因素。2000年卫星监测结果显示, 乐清全市水土面积为1 401.7 km2, 水土流失面积为211.6 km2, 占总面积的15.1%。截至2007年年底, 全市共有313处地质灾害 (隐患) 点, 其中泥石流 (隐患) 125处, 滑坡 (隐患) 101处, 崩塌 (隐患) 86处, 且主要发生在台汛期, 给人民生命财产造成很大的灾害。2004年14号台风“云娜”在乐清湾登陆时, 砩头雨量站最大一天记录雨量为873 mm, 引发砩头附近出现罕见的泥石流灾害, 造成25人死亡、22人失踪、9人受伤, 房屋冲毁桥梁几座, 房屋52间, 其中包括部分中小学教学楼和宿舍楼。
2.3 风暴潮
乐清湾是个半封闭的湾, 朝向东南方向开口, 海岸线曲折复杂, 地形的集能壅水效应十分明显。受天文潮汐影响, 湾内潮汐每天有2次涨落, 每个夏历月的初一及十五前后都有1次最高潮, 每年的夏历八月初一及十五前后为全年的最高潮, 如果台风恰好在此期间影响乐清, 就会造成风暴潮灾害。
据瞿光中等[4]统计, 1951—1990年, 乐清境内发生台风风暴潮22次, 平均每年0.55次。谢亮等[5]在研究影响温州港台风的基础上分析指出, 台风中心在港湾左方 (南侧) 陆, 风暴往往急剧发展;反之, 增水较小。乐清湾内大部分地段造成台风增水的主导风向与破坏性台风海浪潮的主波一致, 风暴潮往往能够得到强烈发展[10,11,12]。1994年17号台风袭击乐清市时, 适逢农历七月十五大潮, 潮水在大风推动下向乐清市沿海一带堤塘、村庄猛烈冲击。沿海堤塘相继崩溃, 173处计103.75 km海塘被毁, 其中标准海塘被毁33.75 km, 损失船舶234艘。全市31个乡镇913个行政村受灾, 成灾人口73.3万人, 冲毁民房10 065间, 死亡207人, 重伤276人, 失踪41人, 造成5 200人无家可归, 洪涝海溢农田2.662万hm2, 成灾1.773万hm2, 颗粒无收7 330 hm2, 直接经济损失达23.035 2亿元。
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影响黄河流域热带气旋的若干统计特征
利用1949～台风年鉴资料,将影响黄河流域的热带气旋分为沿海北上类、登陆北上类和其他类,其中登陆北上类对黄河流域影响最多也最为严重.统计分析表明,影响黄河流域的.热带气旋有三大特点:①时空分布极不均匀;②多为登陆台风且登陆地点集中;③强度偏强,但是间接影响流域的多.功率谱分析表明,影响黄河流域的各类热带气旋都存在着显著的周期变化(其他类除外).
作 者：彭梅香 王春青 张荣刚 刘吉峰 作者单位：黄河水利委员会,水文局,河南,郑州,450004 刊 名：人民黄河 PKU英文刊名：YELLOW RIVER 年，卷(期)：2007 29(10) 分类号：P444 TV882.1 关键词：气候特征 移动路径 台风 热带气旋 黄河流域南海中北部热带气旋强度突变的天气气候特征分析
本文对1960～在南海中北部活动的`热带气旋进行分析统计,发现有如下气候特征:南海中北部平均每年有6.7个热带气旋,有4.9个热带气旋强度发生突变,其中有3%的热带气旋只发生突然增强,72%的热带气旋只发生突然减弱,25%的热带气旋既发生突然增强又发生突然减弱过程.强度突然减弱发生在4～12月,主要集中在登陆和登陆后的陆地区域,分布较广;强度突然增强发生在4～11月,主要出现在珠江口以西至海南岛东部海面、东沙群岛和西沙群岛海面.
作 者：孔宁谦 陈润珍 蔡敏 KONG Ning-qian CHEN Run-zhen CAI Min 作者单位：广西区海洋气象台,广西,北海,536000刊 名：台湾海峡 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF OCEANOGRAPHY IN TAIWAN STRAIT年，卷(期)：200726(2)分类号：P458.1关键词：气象学 热带气旋 强度突变 天气气候特征 南海中北部
为了将热带气旋降水 (下文简称T C P) 与其它系统造成的非T C P区分, 50多年前, 上海台风研究所使用了一种分析手绘天气图的人工判别方法。虽然这种方法能够为天气预报提供较有价值的参考, 但是既耗时又带有主观性。21世纪初, 人们[1,2]规定从TC中心外一定半径距离范围内的降水属于T C P。但是, 首先TC水平尺度往往能相差几百甚至上千公里[6], 因此这种做法分离出来的TCP不具有普遍性。其次TC通常有4个雨区[3], 因此上述的“半径”也不能正确、全面地捕获TC雨带。在任福民等[4]提出一种识别热带气旋降水数值方法的基础上, 王咏梅等[5]对该方法进行改进, 改进后的台风降水分离客观方法效果十分显著。
利用台风降水客观分离方法, R e n Fumin等[7,8]统计分析了全国TCP分布及变化的基本事实和规律, 王小玲等[13]对影响中国的各月台风频数的气候特征进行了研究。钮学新等[12]分析了华东地区各类台风路径降水的气候概况, 初步分析了影响TCP的因素。田辉等[9]、余锦华等[10]和建军等[11]分别对华南、华北地区TCP作了初步的统计分析。这些研究增强了人们对我国T C P问题的科学认识。
鉴于TCP问题的复杂性, 还有不少问题尚待研究。其中, 我们特别关注华东TCP年际和年代际变化的特征及其可能原因。本文将分析这个问题。
2 资料和方法
2.1 资料简介
本文研究所选用资料有以下几个来源:国家气候中心1957—2004年740台站逐日降水资料, 华东地区台站数为129个;热带气旋资料来自中国气象局上海台风研究所编著的《台风年鉴》以及《热带气旋年鉴》;热带降水监测计划 (T R M M) 雷达提供的准实时, 多卫星降水分析资料3B42, 时间分辨率为3小时, 空间分辨率为0.25°×0.25°;月平均海温资料为NOAA Extended Reconstructed SST V2, 分辨率为2.0°×2.0°;月平均位势高度场和风场资料均取自N C E P/N C A R Reanalysis资料, 分辨率为2.5°×2.5°。
本文华东地区包括山东、江苏、安徽、上海、浙江、福建和江西, 六省一市。
华东地区TCP资料的准确性是确保上述分析有意义的首要前提, 为了比较台风客观分离方法对热带气旋雨带分离的准确性, 采用T R M M卫星的3B42降水资料进行比较。选取0414号台风R a n a n i m在浙江登陆后的第二天, 即8月13号进行对比试验。需要指出的是, T R M M 3 B 4 2资料的时间分辨率为3小时, 空间分辨率为0.25°×0.25°, 我们选取8月12日22:30 (UTC) 到13日22:30 (UTC) 的累积降水量, 近似代表8月13日的降水量。由图1可以看出, 客观分离方法对台风降水的分离还是比较准确的, 能正确地反映台风雨带的分布, 降水量与TRMM3B42资料所得到的累积降水量是一致的, 虽然还存在一些小的差异, 这可能与两种资料的时空分辨率并不完全一致有关。
2.2 分析方法
本文应用文献[4,5]的方法计算华东TCP。影响华东的TC包括登陆华东和从海上经过且对华东造成影响的TC。采用黄嘉佑[14]定义的方法对资料进行标准化处理。用小波分析、带通滤波、合成分析等方法, 分析华东T C P的年际和年代际变化。
3 TCP的年代际变化趋势及其原因
3.1 TCP年代际变化的观测事实
图2a为华东TCP时间序列, 可见80年代中期以前T C P的年代际周期比较明显。TCP在50年代末有显著的增加, 在60年代初至60年代末, 出现减少趋势, 60年代末至70年代中期略有回升, 从70年代中期至80年代中期, 又呈现减少的趋势。将TCP时间序列 (从1957—2004年) 进行小波分析, 以Morlet函数为母小波, 结果如图2b。从图2b中发现1986年以前TCP确实存在着10—15a的年代际周期。因此选取1957—1986年这30a作为分析T C P年代际变化特征时段。
图2a中曲线表示时间序列的高斯滤波, 保留该时间序列1 0年以上的信息, 故该曲线可以近似看作T C P的年代际变化。由图2a可知, 50年代后期至60年代前期TCP异常多, 而70年代后期至80年代后期则异常少。因此选取1 9 5 8—1 9 6 5年为华东T C P涝期 (以下简称涝期) , 1977—1 9 8 6年为华东T C P旱期 (以下简称旱期) 。
3.2 TCP年代际变化的可能原因
图3a是涝期与旱期年平均SST的差值分布。从图中可以看出副热带北太平洋为正差值区, 而热带太平洋为负差值区。中心在35°N, 160°W的北太平洋地区是SST差值最大的区域, 海表温度相差0.8°C。根据计算, 华东TCP的年代际变化与北太平洋SST相关系数最高。可见副热带北太平洋SST与华东TCP年代际变化之间存在着可能的联系。
图3b是850hpa涝期与旱期6-10月份平均位势高度的差值分布。东亚为最明显的负差值区, 中心在45°N, 100°E的地区甚至出现-90位势十米的差值。此外, 热带太平洋地区也出现了明显的负差值, 而在副热带东北太平洋地区则出现了显著的正差值。可见东亚850hpa位势高度异常与华东TCP年代际变化之间也存在着可能的联系。
4 TCP的年际变化及其原因
4.1 TCP年际变化的观测事实
如图2a可以看出, 在1960、1972、1975、1985、1990及1994年, 华东TCP出现了极大值, TCP在1990年达到了最大值232.50km3。而在1968、1983、1993和2003年TCP达到了极小值, 最小值15.30 km3出现在1993年。由图2b也可以看出, 1982-1997年, TCP主要存在着2-3 a、4-6 a的年际周期。
为了把TCP的年际变化从年代际变化中分离出来, 将1957-2004年华东TCP时间序列 (图2 a) 中标准化值大于1的年份作为TCP涝年, 标准化值小于-1的年份作为旱年。涝年有:1 9 5 9、1960、1961、1962、1972、1975、1985、1990、1994共9年, 旱年有:1957、1968、1983、1993、1995、2003共6年。
4.2 TCP年际变化的可能原因
首先将SST和大气环流资料作滤波, 滤去10年及其以上的年代际信息, 保留年际变化信息, 再对SST和大气环流资料作旱、涝年的合成分析。
图4a是滤波后, 涝、旱年平均S S T之差。图中最大的差值出现在热带中东太平洋 (1 0°S-1 0°N, 1 8 0°W-8 0°W) , 最大相差-1℃。北太平洋则为正差值区。计算表明, TCP的年际变化与热带中东太平洋地区SST相关系数为-0.6, 而与北太平洋SST的相关系数仅为0.4, 因此TCP的年际变化与热带中东太平洋SST最为密切。
图4b为滤波后850hpa涝、旱年6-10月份平均位势高度之差。东亚和太平洋地区出现经向的负、正、负波列, 其中中心在35°N, 140°E的正异常和中心在20°N, 120°E的负异常, 均通过了99%信度检验, 这种反气旋、气旋的环流形势, 增强了沿着30°N的低空东风气流, 同时也使得热带西太平洋和中太平洋低空出现了西风异常, 为该地区提供了正涡度, 有利于热带气旋的产生。
5 结论与讨论
本文利用台风降水客观分离方法, 将华东TCP从日降水量资料中分离出来。再对TCP的年际和年代际变化进行分离, 揭示其变化趋势, 并从SST和大气环流异常两方面分别分析可能联系或原因。结果表明:
(1) 从华东T C P的时间序列及其小波分析结果看来, 1 9 5 7年至8 0年代中期, T C P主要呈现年代际变化现象, 而80年代中期至2004年, TCP则以年际变化为主;
(2) 在年代际时间尺度上, 北太平洋SST、850hpa东亚6-10月平均位势高度场, 均与T C P存在着可能的联系;
(3) 在年际时间尺度上, 热带中东太平洋SST的年际变化是造成华东TCP变化的可能原因。在大气环流方面, 热带西北和中太平洋地区, 西风气流的盛行, 导致了正涡度区的扩大, 有利于TC的产生, 这也是造成TCP增加的一个可能原因。
从以上分析结果来看, 不同时期华东T C P的变化趋势是不一样的, 同时华东TCP的年际变化和年代际变化的影响因子也是不同的。我们可以通过对不同的影响因子的分析和诊断, 了解和预测影响因子的年代际和年际的变化趋势, 从而对华东T C P趋势进行准确地预测。
用风廓线资料分析热带气旋帕布的风场结构
使用香港风廓线资料,进行时空转换,得到热带气旋“帕布”近香港时的水平和垂直风场剖面结构:气旋近地面层风场以径向风为主;气旋东西两侧水平风场结构明显不同,东侧偏东风明显,西侧随高度增加切向风不断增强,并监测到东北风急流的向下传播;尽管两侧风场结构不同,水平风速却表现出较好的对称性,但气旋西侧由于急流的`存在,风速总体较东侧高;近中心上升气流明显偏于中心西侧,下沉气流总体较上升气流要强,且更对称.
作 者：黄静 李海鹰 吴嘉豪 HUANG Jing LI Hai-ying WU Jia-hao 作者单位：中山市气象局,广东中山,528401刊 名：广东气象英文刊名：GUANGDONG METEOROLOGY年，卷(期)：31(1)分类号：P44关键词：天气学 风场结构 风廓线 热带气旋“帕布”
Lovejoy[1]关于热带云系具有广阔无标度区间的工作受到自然界的广泛重视, 同时也提供了一把了解非线性世界的钥匙。热带气旋是夏季大洋上常见的一种天气尺度的大气运动, 它一般是具有暖中心结构的强烈气旋性涡旋。罗哲贤[2]通过分析涡旋边缘线的分形特征, 发现涡旋或者涡块外缘线具有比较广的无标度区间。在热带气旋生命史中的一种直观现象是, 热带气旋对应云系的外貌随着热带气旋处于生成、发展、成熟、消亡的不同阶段也发生着复杂的变化。根据非线性系统动力学理论, 在系统发展的不稳定点上, 任何小扰动可以导致系统趋向于新的平衡态[3]。可见研究热带气旋的分形数变化有助于我们了解热带气旋的非线性特征。本文介绍了一种计算热带气旋边缘线分形数的计算方法, 通过论证以及误差分析, 表明该方法切实可行。
2、资料介绍
本文主要使用的资料为地球静止卫星黑体亮度温度资料 (Temperature of Brightness Blackbody, 缩写为TBB) 和台风年鉴。TBB资料主要是通过地球静止卫星GMS-5、GOES-9、MTSAT以及FY-2C等的红外通道 (波长为10.5μm~11.5μm) 的卫星云图资料获取。剔除掉有观测质量问题的红外云图, 利用灰度—亮温转换表把合格的红外云图中的灰度值转换TBB值, 形成格点资料。TBB是云顶和无云或者少云区的地球表面向太空发射辐射量大小的一个最主要因子[9,15]。在无云或者少云区, TBB是地球表面发射的黑体辐射温度, 其值一般>0°的较高值, 且值越高, 在卫星云图上其色调越暗;在云区, 情况正好相反, 其值一般≤0°。热带气旋在卫星云图上一般表现为有组织的涡旋状云系[4], 所以利用的TBB资料可以反映热带气旋云系的变化情况。台风年鉴的来源为中国气象局上海台风所编著的《台风年鉴》。年鉴主要用于查询红外云图相应时刻的热带气旋记录, 进而提取热带气旋对应的云系。
3、基于轮廓编码的分形数计算方法
方法的主要步骤由从TBB云图中提取对流云系、计算对流云系的属性、查询属于热带气旋对应云系的属性以及通过周长—面积法计算分形数构成。
3.1 提取对流云系
在利用卫星云图提取对流云系常用的方法中, 一类是基于辐射仪特性和对流云系具有云顶温度较低特征的物理方法, 包括阈值分割法和统计频谱法[5,6,7], 一类是借用数字图像处理, 以云系边界存在灰度突变的纹理特征为切入点, 利用Fourier变换、小波变换等提取频率域突变信号[8]。由于分析的热带气旋对流云系主要集中在海面上, 在卫星云图上对流云系和海面的TBB差别很大, 通过设定阈值容易实现两种像素的区别, 所以本文选取的提取方式为阈值分割法。本文阈值选取为-32℃, TBB≤-32℃基本上可以作为该网格点上存在对流的阈值[9]。对TBB云图的每个格点进行判断, 如果大于 (包含等于) 阈值, 则把该格点置0, 如果小于阈值, 则把该格点置1, 这一过程为二值化。判断完所有格点后, 对二值化后的文件进行保存。
3.2 提取对流云系
对二值化后的TB B云图进行轮廓识别。云的形状利用边界的形状来描述。所以通过边界形状的提取, 可以确定出云系的相关属性。计算机图像处理学里的轮廓编码技术是一种无损编码, 它并不会改变图像的原始信息, 可以用于提取云系的边界, 并且在识别过程中可以实现计算云系的相关属性。下边首先介绍轮廓编码技术[10,11]。其算法主要包括T算法和IP算法。
T (Trace) 算法:T算法遵循“最先向左看”的规则, 如图1所示。即相对于进入方向, 对于当前像素, 最先观察其左边像素。如果左边像素与当前像素的灰度级相同, 则将左边像素作为当前像素, 否则扫描当前像素上边的像素。如果上边像素的灰度级与当前像素一样, 则将上边的像素作为当前像素, 否则观察当前像素右边的像素。假定右边像素与当前像素没有差异, 则以右边像素作为当前像素, 否则考察当前像素的下边的像素。如果下边像素与当前像素相同, 则下边像素变成当前像素, 否则当前像素位置不改变。
方向的确定如表1所示。T算法在跟踪等值线的过程中, 将对组成等值线的每一个像素赋以方向标志, 从而组成轮廓方向序列:A表示一行中轮廓的起始点, D表示一行中轮廓的终止点, R表示该点是一行中轮廓上的点, 但既不是轮廓起始点, 也不是轮廓终止点。表1中说明, 分配给某一像素的方向标志取决于移入和移出该像素的方向。
如果遇到某像素被通过两次, 则先按照表1得到一个标记, 然后再由表2确定最终的标志符。表2中的符号标志与表1中的符号标志含义相同。
IP (Initial Point) 算法:IP算法又称初始点算法, 主要用于确定一条等值线 (轮廓) 的起始点。首先介绍比较点C P L (Comparison Point List) 的概念。
构成CPL的规则如下:
(1) 在扫描某一行之前, 此表是空的;
(2) 对某一行从左到右, 逐点扫描。若某个像素点标志符为A, 则将该像素的灰度值送入表的底部;如果标志符为D, 则将表中标志符为A的像素灰度值删除;如果遇到标志符号为R, 则表维持不变;
(3) 等值线经过某一行时, 向下的点数总是等于向上的点数, 或者说A点数一定等于D点数, 所以在某扫描行的端点, CPL内总是空的。
当形成了CPL, 就可以讨论IP算法判断等值线起始点准则。如果某个像素满足下列两个条件, 该像素为轮廓的起始点:
(1) 它的标志符为I;
(2) 它的灰度级值不等于CPL中最左边的标记为A的像素灰度值 (一幅图像的第一行、第一列的像素除外) 。
整个轮廓识别算法是把T算法和IP算法结合可以实现边界的识别。一副数字图像轮廓编码的过程为:
(1) 将图像阵列中所有像素都标志为I;
(2) 进入图像的第一个像素定义为ip1, 运用T算法找到第一条等值线, 对组成该等值线的各像素按照图2、图3设置标志符;
(3) 由I P算法找到第二条, 第三条, ...第n条等值线的起始点i p1、i p2、ip3..., ipn。
(4) 对等值线的三个属性 (灰度级、I P位置、方向序列) 进行编码。
经过轮廓编码的处理后, 一共有3类数据文件:
(1) 原有的二值化TB B文件;
(2) 与原有TBB文件对应的轮廓格点数据, 每个格点记录的值为I、A、R、D中的任何一个值。
(3) 与原有TBB文件对应的面积格点数据, 每个格点记录的值为当前格点的云系编号。
3.3 计算每个对流云系的相关属性
分形数测量方法是利用周长—面积法, 所以在计算前需要得知对流云系的周长、面积属性。另外, 还需要从TBB云图中找出热带气旋对应的对流云系, 这样需要求得每个云系的重心坐标, 用于表示云系的具体位置。
面积:通过上一步的轮廓识别过程后, 已经生成了一个记录每个云图面积的文件, 属于相同云系的格点的值相同 (即为统一的云系编号) 。资料的分辨率已知, 每个格点所代表的实际面积也就已知, 所以求得一个云系的面积只需统计出相同值 (编号) 的数据, 然后与单位格点的面积相乘, 即得面积:
式中, Ai为每个云系的面积;a为常数, 表示单位格点的面积;n (i=1, 2, L) 为云图中值 (编号) 相同的数目。
周长:计算时需要轮廓格点数据与面积格点数据相结合, 逐一对每个格点进行判断, 计算每个轮廓格点的边长个数;最后, 周长由该云系轮廓格点的边长总数与单位格点边长的实际值相乘得出。从轮廓格点数据开始, 逐行扫描。若该格点值为I, 不进行任何操作, 跳过查询下一个格点;若该格点的值为非I (R、D或者A) , 则判断该格点的上、下、左、右方向上相邻格点的值, 当格点值为I (表示外边界) 时, 该编号 (由对应面积格点数据得知) 的云系周长数加一, 遍历所有格点, 则计算出了所用云系的周长:
式中, Pi为每个云系的周长;l为常数, 表示单位格点的边长, ni (j=1, 2, L) 为编号j的云系具有的编号数。
重心坐标:计算时需要TBB二值化前的文件和面积格点数据相结合。首先从面积格点数据中判断值 (编号) 相同的格点, 对查询出的格点进行坐标与TBB (原始TBB文件) 值加权, 得到相应编号云系的重心坐标:
表示值 (编号) 为j的云系的重心坐标, 为每个格点纬度、经度坐标, 为格点原始的TB B值。
经过这一步的处理, 每幅TBB云图得到对应的云系属性文件, 其中每条记录格式为:云系编号、面积、周长、重心坐标。
3.4 查询属于热带气旋云系的属性记录
通过每个云系的重心坐标进行识别。从台风年鉴中查询TBB云图对应时刻的热带气旋记录, 即热带气旋中心的经纬度。然后从对应时刻TBB云图的云系属性记录文件中查询距离记录经纬度最近的云系, 即为热带气旋对应的云系:
在式 (5) 中, 为查询出热带气旋对应云系的经纬度坐标, 为云系属性文件中值 (编号) 为i的经纬度坐标。
所有查询结束后, 形成热带气旋云系记录, 每条记录包括:时间、热带气旋对应的云系面积、云系周长、云系经度、云系纬度坐标。
3.5 计算分形数
利用周长—面积法进行测量。图形周长P和面积A的关系为
P表示图形对应的外缘线, P表示外缘线包围的面积。对于规则图形, D=1, 例如圆, 矩形, 面积的维数为D+1=2;对于不规则图形, 其P和A仍然满足 (1) 式, 但D>1。对于周长越复杂的图形, 其对应的D值越大。提取出每个热带气旋对应云系的周长Pi和面积Ai, 通过最小二乘法, 对 (i=0, 样本数) 进行线性拟合, 得到线性方程Y=A+DX。其中D为所求分形数。
4、方法验证及讨论
在分形数的测量过程中存在着一定的误差, 这与使用的资料和测量方法存在一定联系。本小节讨论这些误差对计算结果的影响。
4.1 传统手工测量与客观自动测量的方法比较
手工测量一般是利用测量工具对研究客体进行测量。例如在使用周长—面积法时, 面积可以通过数格子法来确定, 周长可以用两脚规法进行丈量[2,13]等。这样的测量方式必然存在人工误差。本工作中的研究对象是卫星红外云图, 每幅云图是一幅数字图像, 由单独的像素组成, 图像构成具有规律性, 这就为自动化测量提供了基础。轮廓编码是一种无损编码, 在具体应用到处理数字图像上时, 其最大的好处是保持图像原有的信息, 不做任何修改。这样就有利于最大程度反映云图的客观信息。为了说明客观自动测量方法的正确性, 使用手工测量方法 (两脚规法) 和客观自动测量方法分别计算3个云图的周长, 手工计算得到的周长结果为X1、X2、X3, 客观测量得到的结果为Y1、Y2、Y3 (测量结果略) 。然后计算:
手工测量的分辨率为两脚规之间的距离, 而客观测量的分辨率为单位像素的边长。对复杂物体周长的测量, 从不同分辨率上得到的周长并不一样[1,13], 在分辨率为L1的图像上得到的周长是P1, 在分辨率为L2上的图像得到的周长是P2, P1和P2有如下关系[1,13]:
考虑到手工测量结果的误差, 式7很好的证明了式8。这表明两者的计算结果是保持一致。
4.2 资料分辨率的选取
可以使用的卫星红外云图资料有两种分辨率, 第一种是0.25°×0.25°, 第二种是, 0.05°×0.05°。在具体计算属性时, 通过比较两种分辨率的属性得知, 第一种分辨率的资料会产生较大误差, 而第二种分辨率的资料与前人使用的资料分辨率[1]相近, 相对于第一种低分辨率, 第二种高分辨率的资料对周长结构的具体变化更为敏感。从研究对象考虑, 热带气旋对应的云系本身是不规则的物体, 第一种分辨率的资料必会增加误差。这种误差类似于数格子测量面积产生的误差, 精度不够高[1,12]。
4.3 周长的测量方法
计算机识别的基本单位是像素, 识别云系周长时, 参与计算的像素是外围轮廓像素。一个区域图像R的周长L主要为三种定义[10], 为了可以更直观地说明周长定义之间的差别, 假设R由12个点构成, 如图2 (图中共有16个矩形像素, 其中编号的像素有12个, 从A到L, 构成图像的R区域, 没有编号的像素方格为非R区域, 边长设为1, 水平、垂直方向上为1, 其他方向为) 。
区域周长定义一:区域和背景之交界线 (接缝线) 的长度之和, 即与非区域像素相连接的边长和, 交界线有且只有水平和垂直两个方向
N表示交界线上的像素点数, 是交界线的单位长度, 例如对于R, 区域周长为16 (边长为图2中abcdefghijkl曲线所示) 。
区域周长定义二:把像素看做点, 周长L为区域边界像素8链码的长度之和:
Q表示边界线上的像素点数, 是链码长度, 例如对于R, 区域周长为 (边长如图2中mnopqrst曲线所示) 。
区域周长定义三:区域的轮廓边界点数
表示边界点亮度, 例如对于R, 共有边界点8 (点数为图2中A, B, C, F, G, J, K, L共8点所示) , 则区域周长为8。
从定义以及个例的具体计算结果可知, 周长的定义不同, 与实际的吻合度也就不同, 计算出的边界长度就会有差异。Cahalan和Joseph[14]曾对大样本的数字图像分别利用三种周长定义进行了测量, 通过计算发现, 当云图的面积较大时 (大于12个像素[14]) 后, 分别从三种周长定义出发, 计算的分形数是一致的。本文同样比较三种周长定义对热带气旋云系周长测定的影响。一般热带气旋对应的云系至少都有二百个像素以上构成, 计算结果显示三者的结果是近似的。本文在周长的测量时, 选用第一种周长的定义 (如式8所示) 。
4.4 图像平滑处理
白洁等[5]在提取红外云图中的对流系统时首先对图像进行了9点均值平滑, 主要用于消除噪声干扰。本文在进行具体数据的计算时, 并没有采用9点平滑和区域平滑滤波。为了考察9点均值平滑对消除噪声和其他干扰的作用, 分别进行了2组计算, 第一组在有9点均值平滑的基础上进行, 第二组在没有9点均值平滑的基础上进行。通过比较计算结果, 两组值的差别很小 (计算结果略) 。可见噪声和其他干扰对于计算结果影响较小, 可以忽略。
4.5 热带气旋对应云系的选取
用重心坐标确定所需选取的热带气旋对应云系时, 为了实现准确选择, 应对已经识别出的云系进行面积控制。热带气旋对应云系相对其他的云系而言, 范围较大, 分布较广, 表现为构成云系的像素个数远大于构成周围较小云系的像素个数。通过面积控制后, 热带气旋的对流云系可以更准确地被选择出。
5、结语
热带气旋边缘线的计算主要是借助一种图像编码技术轮廓编码实现。其最大的优点是不破坏图像原有的信息, 它是一种无损编码。图像通过轮廓编码处理后, 统计其边缘像素的数目以及所包含的像素个数, 即可计算出指定图像的周长、面积、重心坐标等属性, 带气旋的分形数通过此方法获取的图像属性进行计算。相比较手工测量而言, 客观自动测量很大程度减小了人工测量误差;由于其操作的最小单位为像素, 当图像的分辨率很高时, 可以克服类似于数格子方法的缺陷, 提高计算准确率;另外从测量周长、去除噪声和热带气旋云系选取等方面也分析了方法的可靠性。通过以上对计算方法的验证以及讨论, 证明这种热带气旋边缘线的分形数测量方法是可行的。
摘要：介绍了一种用于测量红外云图中热带气旋边缘线分形数的计算方法。该方法主要建立在轮廓编码的基础上进行。首先利用阈值分割法对红外图像进行分割, 提取出云图中的对流像素。对分割后的图像二值化, 然后进行轮廓编码, 在编码过程中, 识别出符合条件的连续区域 (即连成片的对流云系) , 计算区域对应的周长、面积以及重心坐标等, 根据台风年鉴中的记录查询出对应时刻云图中反映热带气旋的云系, 通过周长—面积法, 计算出热带气旋边缘线的分形数。
