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| 1 | 光流法及其在临近预报中的应用显示文摘介绍了一种全新的对流临近预报外推算法——光流法。主要是通过计算雷达回波的光流场得到回波的运动矢量场,并基于运动矢量场对雷达回波进行外推从而达到预报的目的。光流法立足于变化,在计算光流场时既考虑连续时次回波的变化,又考虑相邻位置回波的变化。因此,基于该算法的外推临近预报具有一定的物理意义。利用中值滤波等方法对雷达资料进行质量控制,有效地抑制了噪声等的影响。个例对比分析表明:经过中值滤波等质量控制后回波更平滑,边沿更清晰,回波质量明显改善,能够获得比较真实的雷达回波,也得到了方向更加一致、更加平滑的回波运动矢量场。光流法给出的30、60 min内雷达回波的位置、形状的外推预报和对应时次实况较接近,预报结果具有较好的业务指示意义。对光流法和交叉相关法预报结果进行的定量对比评价表明,对移动型局地生成及强度和形状随时间变化很快的回波,光流法预报效果优于交叉相关法。光流法可以弥补传统的交叉相关法的缺陷,能提升对流临近预报系统的性能。 | 曹春燕 陈元昭 刘东华 李程 李辉 贺佳佳 | 2015 | 气象学报2015，73，3： | 64 |
| 2 | 改进的光流法在回波外推预报中的应用显示文摘为了充分利用雷达资料进行强对流天气的临近预报,通过改进的光流法反演风场并对雷达组合反射率因子进行0~1 h的外推预报。为了提高传统光流法外推预报的准确性,采用金字塔分层技术,减小由于回波移速较快造成的反演误差,提高反演风场的计算精度和运算效率;并且采用半拉格朗日外推方案改进外推,保持回波的旋转性,提高回波预报效果。试验及评分结果表明,改进后的光流法改善了强对流天气的预报效果。 | 张蕾 魏鸣 李南 周生辉 | 2014 | 科学技术与工程2014，22，32： | 23 |
| 3 | 谈谈统计预报的必要性显示文摘首先从认识论的角度,即确定论和概率论,讨论了天气预报具有不确定性,在数值预报日益取代主观经验预报的今天,统计预报还有其不可取代的重要性。在方法论上,统计预报属于客观归纳法;在理论上,统计预报具有不受数值预报可预报性限制的特点。统计预报有相关法和相似法之分;小概率的极端天气,可以用相似法进行预报。集合预报是确定论方法和概率论方法的有机结合,是当前天气预报的发展方向。最后指出,统计预报本身同样存在局限性,也必须经受实际预报应用效果的检验。 | 陶祖钰 赵翠光 陈敏 | 2016 | 气象科技进展2016，6，1： | 18 |
| 4 | 人工智能技术在重庆临近预报业务中的初步研究与应用显示文摘从大量研究工作中可知,人工智能(AI)技术可以用于改进强对流天气临近预报。重庆市气象局与百度公司合作,基于2008—2018年的天气雷达数据,采用TrajGRU技术,初步建立了三维雷达回波智能临近预报模型。结合地面观测资料和U-net技术,对雷暴大风和冰雹进行智能识别。将以上技术用于降水、雷暴大风和冰雹的临近预报业务中。与SWAN产品相比,AI产品在回波演变预报方面有明显优势。雷达回波智能预报能力随时间降低的速度低于传统外推方法,对长时效雷达回波预报明显提升。降水智能预报较SWAN降水预报有一定程度提高。在2019年业务试运行过程中,雷暴大风、冰雹智能预报模型提前量分别为77和37 min。AI技术在重庆的强对流天气临近预警业务中的研究与应用已初见成效。 | 顾建峰 周国兵 刘伯骏 聂磊 张亚萍 张勇 吴胜刚 | 2020 | 气象2020，46，10： | 18 |
| 5 | 变分回波跟踪算法及其在对流临近预报中的应用试验显示文摘目前业务上0-1 h对流天气临近预报仍旧以客观外推为主,采用不同外推算法,得到雷达回波以及降水的外推临近预报。以业务应用为目标,开展了变分回波跟踪算法在强对流天气临近预报中的应用研究。利用京津冀地区的8部新一代多普勒天气雷达逐6 min雷达组网拼图资料,选取2016-2018年夏季发生在京津冀地区的18个典型对流个例,开展变分回波跟踪算法和交叉相关法的0-1 h临近预报对比试验及检验评估。与传统的交叉相关法相比,变分回波跟踪算法采用变分技术求解雷达回波运动矢量场,在计算中使用两个严格的约束条件,运用迭代法进行求解,其得到的运动矢量场更为准确。结果表明,变分回波跟踪算法优于传统的交叉相关法,得到的30、60 min内雷达回波的形状、位置及强度的外推预报和实况更接近,定量检验评分更高:(1)京津冀地区4次典型对流天气过程临近预报对比试验表明,和交叉相关法相比,变分回波跟踪算法可以更好地预报出未来1 h内雷达回波的位置、形态和强度。(2)通过对18个典型对流个例定量检验,发现当雷达回波强度阈值为35和45 dBz时,无论是30或是60 min外推预报,变分回波跟踪算法的命中率(POD)和临界成功指数(CSI)都明显高于交叉相关法,且虚警率(FAR)更低;分天气类型定量检验发现,绝大多数天气类型,变分回波跟踪算法外推预报效果优于交叉相关法。 | 吴剑坤 陈明轩 秦睿 高峰 张宇 闫雪瑾 宋林烨 | 2019 | 气象学报2019，77，6： | 16 |
| 6 | 基于卷积门控循环单元神经网络的临近预报方法研究显示文摘基于天气雷达资料的外推预报是灾害天气0~2 h临近预报基础,本文以业务应用为目标,应用广东省2015-2018年11部新一代多普勒雷达反射率拼图资料,研究了基于卷积门控循环单元神经网络ConvGRU的临近预报方法,采用多损失函数加权与分级加权的策略,基于ConvGRU框架建立三层自编码模型(Encoder-Decoder)的雷达回波临近预测模型,进行未来2 h逐6 min、连续20帧雷达回波图的预测,并与业务上已经应用的交叉相关法、光流法和粒子滤波法的临近预报结果对比,进行典型个例分析和长时间检验。结果表明,基于ConvGRU方法对强对流天气具有较好的预报效果,对雷达回波位置、强度和形状与实况更接近,表明深度学习方法通过对时间序列数据的学习,能较好地把握强回波区域的特征,在一定程度上能够相对比较准确地预报较强回波范围,但该方法预报雷达回波图像存在损失空间细节信息的局限,且对层状云降水的预报效果较差;ConvGRU方法的临界成功指数(CSI)和命中率(POD)评分高于传统的交叉相关法、光流法和粒子滤波法,且虚警率(FAR)评分为最小,在业务中具有广泛的应用前景。 | 陈训来 刘军 郑群峰 李旭涛 刘佳 姬喜洋 陈元昭 叶允明 | 2021 | 高原气象2021，40，2： | 15 |
| 7 | 基于光流法雷达外推的2020年长江致洪降水临近预报检验评估显示文摘利用长江流域组网雷达、国家气象信息中心格点融合实况资料和自动气象站逐小时降水观测资料,建立了基于变分光流法的长江流域雷达外推降水预报产品,并检验分析了该产品对2020年17次长江洪水天气过程的0~3 h 39分区TS评分和全流域预报偏差。结果表明:(1)变分光流法的0~3 h临近预报效果与雷达分布呈正相关,分布越密集,预报结果越好;(2)变分光流法的0~3 h临近预报能够较好的追踪降水天气系统移动演变,降水的集中区同样也是临近预报TS评分的相对高分区;(3)变分光流法临近预报效果随着预报时效的变化以指数规律递减,0~1 h预报准确率最高;(4)变分光流法0~3 h临近降水预报结果较格点实况降水,10.0 mm以下量级降水,绝对误差率在5%以内;10.0 mm以上级别的,绝对误差率为6%~11%;(5)变分光流法0~3 h临近降水预报结果应用于长江流域定量降水预报,代替目前直接使用的数值模式输出结果,对提高洪水预报精度有较强的实用意义。 | 田刚 陈良华 魏凡 熊红梅 | 2021 | 暴雨灾害2021，40，3： | 14 |
| 8 | 光流法及其在气象领域里的应用显示文摘光流法是研究视觉和客观物体之间关系的数学分析方法,在图像识别和追踪的相关领域已有广泛的成功应用。本文通过介绍经典的Horn-Schunck方法和Lucas-Kanade方法,引入光流方法的基本概念和原理,进而在此基础上进一步用统一的变分方法框架解释绝大部分光流场算法。最后介绍光流方法在气象领域的应用及其前景。 | 柳士俊 张蕾 | 2015 | 气象科技进展2015，5，4： | 9 |
| 9 | 我国流域水文气象业务进展回顾与展望显示文摘水文气象自20世纪30年代开始至今已有近百年的发展历程,回顾了我国流域水文气象业务围绕提高预报精度和延长洪水预见期,在定量降水监测及估算、基于雷达外推和数值模式的定量降水预报、延伸期及气候旱涝趋势预测等的气象监测预报,洪水预报方法和水文气象耦合预报等领域所取得的研究进展及其应用服务开展情况,并对云计算、大数据处理和数据挖掘、机器智能学习等信息新技术在未来行业数据的汇集共享、气象预报与洪水预报集成耦合、水旱灾害的智能化监测预警及雨洪资源应用气象辅助决策平台等领域的应用前景进行了展望。 | 崔讲学 王俊 田刚 杨文发 | 2018 | 气象科技进展2018，8，4： | 9 |
| 10 | 基于改进光流法的雷达图像运动估计显示文摘介绍了一种改进的光流方法对天气雷达图像运动进行估计,计算天气雷达图像运动的光流变化,从而得到矢量场。用传统的Horn&Schunck方法中的全局平滑化算子估计时,其对数据的噪声敏感,且难以达到全场最优条件。通过加入改进后的高价平滑算子,可以减少靠向二级最小值的可能。另外,通过加入Lucas&Kanade方法计算局部光流得到小范围的光流场,在小的区域内光流场容易满足最优条件。适当运用平滑处理得到整场的矢量场,并以它作为改进Horn&Schunck方法的初猜场进行计算,且应用二维连续无辐散质量方程约束,同时对得到的风场进行风速以及风向的质量控制,得到比较完整的雷达运动矢量场。通过实验分析发现,改进的光流法优于气象上传统的交叉相关法,且优于单一使用某种光流方法的结果。 | 王志斌 肖艳姣 吴涛 | 2017 | 计算机技术与发展2017，27，12： | 9 |
| 11 | 基于雷达回波区域跟踪算法的临近预报技术进展显示文摘目前,临近预报技术主要包括外推技术、数值预报技术以及概念模型预报技术等。而业务上主流的临近预报技术以外推为主,主要以雷达资料为基础,采用雷达回波单体质心跟踪算法或雷达回波区域跟踪算法,得到雷达回波以及降水的临近外推预报。本文详细介绍了3种基于雷达回波区域跟踪算法(交叉相关回波跟踪算法、光流法和变分回波跟踪算法)的临近预报技术的国内外研究进展和基本原理。大量的研究和业务实践结果表明,雷达回波区域跟踪算法作为临近预报专家系统的核心部分,在对流天气临近预报方面有较好的可预报性,在临近预报业务时效内,外推预报结果和实况接近,优于数值模式预报。而通过对算法的不断改进,可以提升各临近预报专家系统在临近预报方面的性能。随着天气雷达技术的不断进步,天气雷达在硬件和软件两方面都逐步改进,雷达资料的数据质量明显提高,在对流天气临近预报上,基于雷达回波的区域跟踪技术会凸显其明显优势。 | 吴剑坤 陈明轩 | 2018 | 气象科技2018，46，5： | 9 |
| 12 | 改进变分光流法并行算法实现显示文摘通过天气雷达回波并使用变分光流方法的改进算法对雷达数据进行风场反演,计算回波的光流场变化而得到运动的矢量场。把Horn&Schunck方法和Lucas&Kanade方法结合在一起,加入高阶平滑项,再运用九点平滑算法得到矢量场。外推预报采用Semi-Lagrange方法进行。实验表明,该方法的效果优于Horn&Schunck方法和Lucas&Kanade方法。通过Join-Fork模式运用共享内存处理并行算法实现了大范围三维矢量场的快速计算,其加速比可达5. 05,减少实时业务所需时间。 | 王志斌 肖艳姣 吴涛 崔方 | 2019 | 计算机应用与软件2019，36，1： | 7 |
| 13 | 四种机器深度学习算法对武汉地区雷达回波临近预报的检验和评估显示文摘基于PredRNN++、MIM、CrevNet和PhyDNet四种机器深度学习算法,利用武汉地区2012—2019年的雷达和降水资料,开展了人工智能技术在武汉地区临近预报中的应用研究,根据均方误差(MSE)、结构相似性指数(SSIM)、命中率(POD)、虚警率(FAR)和临界成功指数(CSI)等指标检验评估了四种机器学习算法对武汉地区雷达回波临近预报的预报性能,并以半拉格朗日光流法进行了对比,得到以下主要结论:MIM算法的MSE和FAR最低,SSIM最高;PredRNN++算法的POD和CSI最高。机器深度学习算法的POD、CSI和SSIM均高于光流法,FAR和MSE则更低,其中SSIM、POD、CSI三种指标的提升幅度在3.2%~24.7%,MSE和FAR两种指标的降幅在13.1%~43.3%。30 min以内,除CrevNet外,其余三种机器学习算法和光流法的预报能力较为接近;30 min以后,深度学习算法和光流法都随着预报时效的延长,预报能力均显著下降,但机器学习算法下降得更缓慢,尤其是60 min以后光流法的降幅进一步增加,显示出机器学习长预报时效的优势。此外,机器学习算法之间针对不同评分指标在不同预报时效的下降速度并不一致。PredRNN++算法在所有强度上CSI均表现最佳,MIM和PhyDNet两种算法对≥40 dBz的回波预报、CrevNet算法对≥50 dBz的回波预报均好于光流法。机器学习算法和光流法都随着回波强度的增加,CSI和POD迅速降低,FAR快速上升,但机器学习算法的FAR上升得更慢。四个不同回波形态、不同发展趋势个例的分析结果表明,机器学习算法不仅具备对一定回波强度变化的预报能力,而且对回波强度和面积变化趋势的时间节点预报也与实况基本一致。此外,机器学习算法对回波运动的预报能力明显强于光流法,显示出机器学习算法良好的应用前景。 | 袁凯 李武阶 李明 庞晶 | 2022 | 气象2022，48，4： | 5 |
| 14 | 广西对流尺度数值天气预报模式系统建设与效益评估显示文摘广西现运行的对流尺度数值天气预报模式系统基于华南短临预报模式CMA-GD(R1)经本地化开发建立。介绍了该模式系统所采用的新技术:包括三维静力参考大气、迭代式SISL方案、多进程并行I/O、并行Nudging同化等,分析了业务运行情况及模式预报初步检验结果。应用实践证明,模式系统可以高效稳定运行,提供了逐12min更新、预报时效为6h的模式预报产品,为强天气短时临近预报提供参考。 | 林振敏 黄荣 戚云枫 曾小团 | 2022 | 气象研究与应用2022，43，2： | 4 |
| 15 | 光流法在台风路径预报检验与订正中的应用显示文摘本文在台风路径预报检验与订正方面引入了光流法,结果表明:(1)利用光流检验方法,可以将位势高度场的预报误差分解为强度、位移和角度3种误差场,实现整个误差场的量化。利用位移和角度误差场即可进行台风路径预报的检验和订正。(2)从“莫兰蒂”台风过程可以看到,对相同的过程,不同数值模式一般表现不同。对一次台风过程可以连续跟踪不同数值模式的预报偏差,从中发现预报稳定性最好的模式,再利用这个模式的位移和角度误差进行台风路径预报的订正,这也是提高台风路径准确度的一个有效途径。 | 朱智慧 陈智强 喻自凤 | 2019 | 气象科技2019，47，6： | 3 |
| 16 | 耦合天气雷达定量降水估计与定量降水预报的中小流域洪水预报研究显示文摘为探究天气雷达定量降水估计和定量降水预报在中小流域洪水预报中的适用性,以梅溪流域为研究区,选取2012“苏拉”、2014“海贝思”、2016“尼伯特”3场台风引发的降雨洪水过程为研究对象,采用强降水识别技术改进天气雷达定量降水估计的精度,利用光流法进行基于天气雷达的临近预报,构建了梅溪流域分布式水文模型,并耦合天气雷达定量降水估计和定量降水预报开展了洪水预报。结果表明:强降水识别能有效提升天气雷达定量降水估计的精度;对于降雨时空分布较为均匀的降雨,耦合天气雷达定量降水估计的洪水预报结果较雨量站测雨结果更具优势,耦合1 h预见期天气雷达定量降水预报结果能够满足中小流域洪水预报的需要;对于短历时强降雨和特大暴雨,受天气雷达定量降水估计和定量降水预报精度的影响,洪水预报效果较差。 | 糜佳伟 田济扬 楚志刚 刘荣华 薛海 | 2022 | 华北水利水电大学学报(自然科学版)2022，43，3： | 3 |
| 17 | 不同天气背景下京津冀降水临近外推预报显示文摘基于2019—2020年京津冀地区不同天气系统影响下的降水过程,采用交叉相关法和光流法对快速更新多尺度分析和预报综合集成系统(Rapid-refresh Multi-Scale Analysis and Prediction System-Integration,RMAPS_IN)的降水分析产品进行0~2 h临近外推预报的批量试验。结果表明:由交叉相关法和光流法计算的两种外推矢量在大小和方向上存在一定差异,直接差异与影响降水的天气系统位置有明显的对应关系,而方向差异受地理位置的影响更明显,台风类降水呈弧形带状分布,低槽冷锋类、低涡类、气旋类、暖切变线类等几类降水均呈西北大东南小的特点;预报效果方面,总体上交叉相关法优于光流法,尤其是预报时效超过30 min以后,各种降水类型的批量检验结果显示交叉相关法的预报评分优于光流法,且预报时效越长、优势越明显,但预报时效为10 min时,光流法在低涡类、台风类、暖切变线类的空报率上优于交叉相关法。此外,基于外推的临近预报方法对京津冀地区台风类降水的预报效果最好,其次为暖切变线类、低涡类、低槽冷锋类、气旋类。 | 王玉虹 Bica Benedikt | 2022 | 应用气象学报2022，33，3： | 3 |
| 18 | 基于深度学习的多普勒气象雷达回波外推短临预报对比研究显示文摘雷达回波外推方法是人类对降水进行预测的重要方法,在天气预测任务中有重要地位。本文比较分析几种深度学习模型在气象预警应用中的实际表现,探索提升雷达回波外推精准度,为服务于城市内涝防治及极端灾害天气预警提供更好的支撑。 | 龚勋 胡嘉骏 徐年平 邱盼 赵晖 | 2022 | 中国军转民2022，，13： | 2 |
| 19 | 基于数值预报与雷达外推预报融合方法的降水回波短临预报试验研究显示文摘采用傅里叶-梅林变换、多尺度光流法及威布尔分布,对湖北省2020年6—7月4次降水过程雷达回波进行多尺度预报试验及其相位和强度校正。在此基础上,利用双曲正切函数对校正后的模式降水回波预报和雷达回波外推临近预报进行融合。最后,基于预报技巧评分和平均绝对误差及命中率等指标对不同时效、尺度及回波阈值的预报结果进行定量分析。结果表明:(1)融合后的0~3 h降水回波预报在范围和位置上均较模式预报和雷达外推预报改进明显,尤其对强回波预报有明显优势,对对流预报有积极作用;0.01°×0.01°尺度的0~1 h预报效果明显好于其他尺度及预报时效。(2)武汉RUC模式预报效果最差,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)最大为6.1~8.2 dBZ,而融合预报效果最好,MAE最小为4.7~6.5 dBZ。0.01°×0.01°尺度下融合预报的命中率(probability of detection,POD)随回波阈值和预报时效增加而降低,而其他尺度下20 dBZ回波阈值的平均POD最大、MAE最小,平均POD(MAE)均高于(低于)其他2种预报。总体来看,融合预报明显优于单一预报,对改进0~3 h定量降水预报有一定参考。 | 王俊超 王志斌 赖安伟 肖艳姣 王珏 | 2022 | 干旱气象2022，40，3： | 2 |
| 20 | 基于GPU加速的雷暴追踪外推方法研究显示文摘基于气象雷达的雷暴识别与追踪是临近预报中重要的方法之一.为解决传统算法实时性差的问题,运用Open CL构建异构计算模型对算法进行并行化改进.通过对算法分支结构优化、Open CL设备内存优化,以及针对VLIW的优化,分步阐述算法优化的过程和原理.这些方法不仅使得基于光流的计算速度大幅提升,还可为其他基于Open CL异构计算的优化提供参考.以AMD两代不同架构的GPU和Intel XEON CPU作为测试平台测试,结果表明,改进后的算法程序在硬件同等功耗的情况下,计算速度提高了10至18倍. | 王兴 王新 苗春生 王介君 | 2015 | 南京师范大学学报(工程技术版)2015，15，1： | 2 |
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