基于模糊C均值的低空风切变预警算法

来源：计算机应用杂志2018年第3期北京时间：

作者：熊兴隆, 杨立香, 马愈昭, 庄子波

单位：1. 中国民航大学 天津市智能信号与图像处理重点实验室, 天津 300300;2. 中国民航大学 民航气象研究所, 天津 300300

摘要：针对新一代多普勒天气雷达CINRAD在径向或切向检测风切变时容易丢失小切变的问题，提出了一种基于模糊C均值（FCM）的低空风切变预警算法用于阵风锋和龙卷风引起的风切变识别中。该算法的核心思想是运用8邻域系统，根据风速梯度识别不同程度切变，从而实现高切变及低切变预警。首先，采用全变分（TV）模型对雷达速度基数据进行去噪，同时保持速度基数据的细节特征；其次，采用每个速度基数据及其8邻域系统分别对应的速度值依次与4个方向模板卷积，获取4个方位速度梯度值；然后，采用FCM算法将梯度值分为高低两类，实现不同强度的风切变预警。采用武汉暴雨研究所提供的实测基数据进行测试和验证，能较为准确地识别出小切变。实验结果表明，该算法检测出来的风切变在定位精度和边缘识别两个方面均优于基于径向或切向的风切变识别算法，这对判断风切变的位置和强度以及分析不同天气引起的风切变具有重要指导意义。

关键词：CINRAD,低空风切变,模糊C均值,全变分模型,小切变

基金资助：国家自然科学基金资助项目（U1533113，U1433202）；中央高校基本科研业务费资助项目（3122016B001）。