CN113177505B - 气象领域识别涡旋的方法、装置、存储介质及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气象领域识别涡旋的方法、装置、存储介质及电子设备，其中，该方法包括：将源地内相对涡度为正的格点作为目标格点；确定围绕目标格点的第一格点和第二格点，确定以目标格点为中心的目标区域，并将目标区域划分为多个象限；在第一格点、第二格点、象限的平均风向均满足相应逆时针旋转条件的情况下，认为存在围绕目标格点的中尺度逆时针环流，将目标格点作为有效格点，并根据有效格点的相对涡度确定涡旋中心。通过本发明实施例提供的识别涡旋的方法、装置、存储介质及电子设备，可以保证有效格点周围具有完整的逆时针环流，并准确地识别出涡旋中心位置；对于复杂风场下形态不规则的涡旋，也能够准确识别。

Description

气象领域识别涡旋的方法、装置、存储介质及电子设备

技术领域

本发明涉及涡旋识别技术领域，具体而言，涉及一种气象领域识别涡旋的方法、装置、存储介质及电子设备。

背景技术

暴雨引发的洪涝灾害是我国主要的气象灾害之一，国内外学者的研究表明，中尺度涡旋是引发暴雨的重要天气系统。鉴于中尺度涡旋的重要性，已有大量学者对中尺度涡旋进行识别与统计研究，应用较为广泛的涡旋识别思路，是选取一种或多种能够表征涡旋的物理量(气压场、流场、涡度场、位势高度场等)，在特定区域和特定等压面上识别。例如，以闭合流场和相对涡度大值区作为涡旋识别的指标，对中尺度对流涡旋进行人工识别；或者，以位势高度场上的闭合低压为识别指标进行程序自动识别；或者，以涡度场和流场为识别指标，进行程序自动识别。

发明人发现现存方法至少存在以下不足：传统的人工识别方法，需要消耗大量的时间和人力，无法满足较长时间段的研究需求。基于位势高度场的程序识别方法会导致大量的漏报，这是由于位势高度低值中心并非中尺度涡旋的必要条件，即相当数量的中尺度涡旋系统中不包含中尺度低压。基于涡度场、流场的程序自动识别方法所确定的涡旋中心往往与实际的涡旋中心有偏差，且对形态不规则的涡旋识别误差较大。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种气象领域识别涡旋的方法、装置、存储介质及电子设备。

第一方面，本发明实施例提供了一种气象领域识别涡旋的方法，包括：

依据所识别的涡旋确定源地范围，获取源地内的风场数据，并将所述源地内相对涡度为正的格点作为目标格点；

确定与所述目标格点相邻的多个第一格点；确定以所述目标格点为中心的目标区域，在所述目标区域内设置以所述目标格点为中心的多个不同长度方向的矩形框，并在所述矩形框上选取多个第二格点；将所述目标区域划分为多个象限，并根据所述风场数据确定每个所述象限的平均风向；

判断所述第一格点是否满足第一旋转条件，判断所述第二格点是否满足第二旋转条件，判断所述象限的平均风向是否满足风场限定条件，所述第一限定条件用于限定所述第一格点的风向为逆时针旋转，所述第二限定条件用于限定所述第二格点的风向为逆时针旋转，所述风场限定条件用于限定所述象限的平均风向为逆时针旋转；

在多个所述第一格点满足第一旋转条件、至少一个所述矩形框对应的多个所述第二格点满足第二旋转条件且多个所述象限的平均风向满足风场限定条件的情况下，将所述目标格点作为有效格点，并根据所述有效格点的相对涡度确定涡旋中心。

第二方面，本发明实施例还提供了一种气象领域识别涡旋的装置，包括：

获取模块，用于依据所识别的涡旋确定源地范围，获取源地内的风场数据，并将所述源地内相对涡度为正的格点作为目标格点；

计算逆时针环流条件模块，用于确定与所述目标格点相邻的多个第一格点；确定以所述目标格点为中心的目标区域，在所述目标区域内设置以所述目标格点为中心的多个不同长度方向的矩形框，并在所述矩形框上选取多个第二格点；将所述目标区域划分为多个象限，并根据所述风场数据确定每个所述象限的平均风向；

判断模块，用于判断所述第一格点是否满足第一旋转条件，判断所述第二格点是否满足第二旋转条件，判断所述象限的平均风向是否满足风场限定条件，所述第一限定条件用于限定所述第一格点的风向为逆时针旋转，所述第二限定条件用于限定所述第二格点的风向为逆时针旋转，所述风场限定条件用于限定所述象限的平均风向为逆时针旋转；

识别模块，用于在多个所述第一格点满足第一旋转条件、至少一个所述矩形框对应的多个所述第二格点满足第二旋转条件且多个所述象限的平均风向满足风场限定条件的情况下，将所述目标格点作为有效格点，并根据所述有效格点的相对涡度确定涡旋中心。

第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于上述任意一项所述的识别涡旋的方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述任意一项所述的识别涡旋的方法。

本发明实施例上述第一方面提供的方案中，通过第一格点、第二格点以及象限三个维度对目标格点进行判别，可以保证有效格点周围具有完整的逆时针环流，能够比较准确地识别出涡旋中心；设置多个不同长度方向的矩形框，只要其中一种矩形框的第二格点满足第二旋转条件即可，此时即可说明该目标格点周围环流沿圆形、或椭圆形逆时针旋转，从而可以识别出狭长形态的涡旋，对形态不规则的涡旋也有较好的识别效果，可应用到更广泛的场景。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种识别涡旋的方法的流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的目标格点及相邻的第一格点之间的位置示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的对目标区域的一种划分方式示意图；

图4a示出了本发明实施例所提供的矩形框的一种示意图；

图4b示出了本发明实施例所提供的矩形框的另一种示意图；

图4c示出了本发明实施例所提供的矩形框的再一种示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的基于两个待定格点确定涡旋中心的一种示意图；

图6示出了本发明实施例所提供的水平追踪的一种示意图；

图7示出了本发明实施例所提供的垂直追踪的一种示意图；

图8示出了本发明实施例所提供的一种识别涡旋的装置的一种结构示意图；

图9示出了本发明实施例所提供的一种识别涡旋的装置的另一种结构示意图；

图10示出了本发明实施例所提供的用于执行识别涡旋的方法的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在现存的涡旋识别中，相对涡度是应用较多的涡旋识别指标，然而在实际应用中这个指标存在一定的局限，其因有二。第一，无法将槽区、切变线与涡旋系统区分开来。在槽区以及切变线上，由于气流风速大，风向切边大，常常伴随正涡度中心，但并不具备完整的逆时针环流，使用相对涡度指标会将其误判为涡旋。第二，无法准确定位涡旋，使用涡旋指标进行识别时，识别到的是涡度大值中心，然而涡旋环流的中心区域与涡度大值区往往匹配都不高，因此基于相对涡度的识别方案不能够准确地定位涡旋。此外，现存识别方案对形态不规则的涡旋识别效果不佳，尚不能进行广泛的应用。

本发明实施例提供的一种气象领域识别涡旋的方法，基于风场数据选取目标格点，并通过判断目标格点是否具备逆时针环流来确定涡旋中心位置。参见图1所示，该方法包括：

步骤101：确定源地范围，将源地内相对涡度为正的格点作为目标格点。

具体地，该步骤101可以包括：依据所识别的涡旋确定源地范围，获取源地内的风场数据，计算源地内所有格点的风向、相对涡度，并将源地内相对涡度为正的格点作为目标格点。

本发明实施例中，源地为中尺度涡旋频发的区域，如青藏高原、四川盆地、长江中下游地区等；其中，本发明实施例涉及的中尺度涡旋为水平尺度在200km-2000km的中α系统。在源地内识别涡旋时，首先获取该源地的风场数据；该风场数据需为格点数据。具体地，该风场数据可以为第五代ECMWF(European Centre for Medium-Range WeatherForecasts，欧洲中期天气预报中心)大气再分析全球气候数据(ERA5)，其资料的空间分辨率为0.25°(25km)，即每个格点对应25km范围的区域，时间分辨为1h。

本发明实施例中，先计算每个格点的相对涡度，并将相对涡度为正的格点作为待处理的目标格点。其中，可以使用中央差进行相对涡度计算。

步骤102：计算目标格点的周围格点的旋转条件。

具体地，该步骤102具体可以包括：确定与目标格点相邻的多个第一格点；确定以目标格点为中心的目标区域，在目标区域内设置以目标格点为中心的多个不同长度方向的矩形框，并在矩形框上选取多个第二格点。将目标区域划分为多个象限，并根据风场数据确定每个象限的平均风向。之后基于该第一格点、第二格点、象限的平均风向来确定其是否满足相应的旋转条件。其中，第一格点、第二格点均为目标格点的周围格点。

本发明实施例中，在同一等压面上，目标格点周围相邻多个格点，即多个第一格点。如图2所示，对于目标格点(i,j)，其周围存在多个相邻的第一格点，图2示出了其中的4个第一格点：上格点(i,j+1)、下格点(i,j-1)、右格点(i+1,j)和左格点(i-1,j)，基于实际情况，还可以选出与目标格点(i,j)相邻的其他第一格点，如(i+1,j+1)、(i-1,j-1)。此外，图2中的i轴可以表示东向(East)，j轴可以表示北向(North)。

并且，本实施例以目标格点为中心还确定出目标区域，并以该目标格点为原点，将目标区域分为多个象限(一般情况下需要大于4个)，进而基于该风场数据可以确定每个象限的平均风向。图3以将目标区域为正方形，且其被分为8个象限为例示出。可选地，该目标区域的半径可以为R_f，若目标区域为方形(如图3所示)，相应的边长为2R_f。本实施例中中α尺度涡旋半径在100km以上，ERA5资料的空间分辨率为0.25°，因此R_f可为4倍格距，即目标区域与中尺度涡旋尺度的下限相当。

此外，在目标区域内设有以该目标格点为中心的多个矩形框，且不同的矩形框长度方向不同，本实施例中在不同矩形框中选取多组的第二格点，且每个矩形框上对应有多个第二格点(一般情况下，每个矩形框所对应的第二格点的数量也大于4个)。图4a-图4c示出了三种矩形框，每种矩形框的中心均为目标格点(i,j)；图中，虚线框为相应的矩形框。图4a中的矩形框为正方形框，图4a以该矩形框的边长为R_f为例；图4b中的矩形框为长度方向是东西方向的方框，图4c中的矩形框为长度方向是南北方向的方框，二者的长和宽均为R_f、R_f/2。该矩形框也可采用其他尺寸，本实施例对此不做限定。

步骤103：判断目标格点是否具备逆时针环流。

具体地，上述步骤103可以包括：判断第一格点是否满足第一旋转条件，判断第二格点是否满足第二旋转条件，判断象限的平均风向是否满足风场限定条件，第一限定条件用于限定第一格点的风向为逆时针旋转，第二限定条件用于限定第二格点的风向为逆时针旋转，风场限定条件用于限定象限的平均风向为逆时针旋转。

步骤104：确定涡旋中心位置。

具体地，上述步骤104可以包括：在多个第一格点满足第一旋转条件、至少一个矩形框对应的多个第二格点满足第二旋转条件且多个象限的平均风向满足风场限定条件的情况下，将目标格点作为有效格点，并根据有效格点的相对涡度确定涡旋中心。

本发明实施例中，在确定第一格点、第二格点、以及目标区域的每个象限之后，即可分别判断各自是否满足相应的条件，即判断第一格点是否满足第一旋转条件，判断第二格点是否满足第二旋转条件，判断象限的平均风向是否满足风场限定条件。若第一格点满足用于限定其风向为逆时针旋转的第一旋转条件，说明目标格点周围的格点逆时针旋转；若至少一个矩形框对应的多个第二格点满足第二旋转条件，则说明与该目标格点之间具有一定距离的周围格点也逆时针旋转；此外，若多个象限的平均风向满足平均风向为逆时针旋转的风场限定条件，则也说明该目标区域周围的平均风向也呈逆时针旋转。若满足上述所有条件，则说明该目标格点极有可能是涡旋中心，故此时可以将该目标格点作为有效格点，基于该有效格点的相对涡度来确定涡旋中心。

其中，考虑到相当一部分中尺度涡旋的环流形态并不规则，会出现狭长的椭圆形逆时针环流，故本实施例设置多个不同长度方向的矩形框，只要其中一种矩形框的第二格点满足第二旋转条件即可，此时即可说明该目标格点周围沿圆形(图4a)、或椭圆形(图4b或4c)旋转，从而可以识别出狭长形态的涡旋。需要说明的是，本发明实施例以及下述的“逆时针旋转”指的是围绕目标格点逆时针旋转。

可选地，上述步骤“根据有效格点的相对涡度确定涡旋中心”包括：

步骤A1：将相对涡度的最大值或极大值所对应的有效格点作为待定格点。

本发明实施例中，由于可能存在多个目标格点满足上述条件，即可能存在多个有效格点，本实施例中将相对涡度的最大值或极大值所对应的有效格点作为待定格点，之后基于待定格点来确定涡旋中心。

步骤A2：设定与涡旋的水平尺度相匹配的判定范围，确定涡旋中心。

设定与涡旋的水平尺度相匹配的判定范围，认为该范围内只能存在一个中α尺度涡旋，例如半径为100km的圆形范围。若判定范围内存在一个待定格点，则将待定格点所在位置作为涡旋中心；若判定范围内存在多个待定格点，则将多个待定格点的几何中心作为涡旋中心。

本发明实施例中，可以根据涡旋水平尺度的下限L设置相应的判定范围，如该判定范围为L×L的方形区域，或者是，直径为L的圆形区域。如果该判定范围内只存在一个待定格点，则可直接将该待定格点所在位置作为涡旋中心；若判定范围内存在多个待定格点，则将多个待定格点的几何中心作为涡旋中心。参见图5所示，图5示出了基于两个待定格点确定涡旋中心的一种示意图；其中，图5上方图中的原点表示所确定的待定格点，图5下方图中的三角标志表示最终所确定的涡旋中心。

本发明实施例提供的一种识别涡旋的方法，通过第一格点、第二格点以及象限三个维度对目标格点进行判别，可以保证有效格点周围具有完整的逆时针环流，能够比较准确地识别出涡旋中心；设置多个不同长度方向的矩形框，只要其中一种矩形框的第二格点满足第二旋转条件即可，此时即可说明该目标格点周围环流沿圆形、或椭圆形旋转，从而可以识别到各种形态的涡旋，取得较好的识别效果，且可应用到更广泛的场景。此外，即使判定区域内存在多个可能的中心(即待定格点)，也可通过确定几何中心的方式修正涡旋中心，保证正确识别中尺度涡旋中心。

在上述实施例的基础上，上述步骤104“判断第一格点是否满足第一旋转条件”包括：

步骤B1：获取第一格点的经向风和纬向风，并判断第一格点的风向是否为逆时针旋转。

步骤B2：若第一格点的风向为逆时针旋转，且第一格点的经向风变化率与第一格点的纬向风变化率之间的比值在预设范围[1/k,k]之间，则第一格点满足第一旋转条件。

其中，若第一格点为目标格点(i,j)的上格点(i,j+1)，且上格点(i,j+1)的纬向风u(i,j+1)<0，则上格点(i,j+1)的风向为逆时针旋转；若第一格点为目标格点(i,j)的下格点(i,j-1)，且下格点(i,j-1)的纬向风u(i,j-1)>0，则下格点(i,j-1)的风向为逆时针旋转；若第一格点为目标格点(i,j)的右格点(i+1,j)，且右格点(i+1,j)的经向风v(i+1,j)>0，则右格点(i+1,j)的风向为逆时针旋转；若第一格点为目标格点(i,j)的左格点(i-1,j)，且左格点(i-1,j)的经向风v(i-1,j)<0，则左格点(i-1,j)的风向为逆时针旋转。

本发明实施例中，基于风场数据可以确定每个格点的经向风和纬向风，进而确定目标格点(i,j)相邻的第一格点的风向是否为逆时针旋转。参见图2所示，若上格点的纬向风u(i,j+1)<0，说明上格点的纬向风朝向西(向左)；相应地，下格点的纬向风u(i,j-1)>0，说明下格点的纬向风朝向东(向右)，右格点的经向风v(i+1,j)>0，说明右格点的经向风朝向北(向上)，左格点的径向风(i-1,j)<0，说明左格点的经向风朝向南(向下)。如图2所示，若相邻的四个第一格点满足u(i,j+1)<0、u(i,j-1)>0、v(i+1,j)>0、v(i-1,j)<0，说明目标格点(i,j)周围的风向基本上是逆时针旋转。

此外，预设范围[1/k,k]，其中，k为预设的参数，且k>1，例如，k＝5，或k＝8等。首先确定每个第一格点中的经向风变化率

和纬向风变化率

若二者之间的比值

在该预设范围[1/k,k]内，即

则说明该第一格点在纬向和经向上的风场变化率相似。因此，通过逆时针旋转的风向、以及限定变化率比值在预设范围内，使得满足第一旋转条件的第一格点均拥有逆时针环流，且多个第一格点具有准对称性，即可以保证目标格点周围的涡旋具有准对称性。

可选地，上述步骤104中“判断第二格点是否满足第二旋转条件”的过程可以包括：

步骤C1：确定在同一矩形框中的第二格点和相邻格点，并计算相邻格点与第二格点之间风向的偏转角度；具体地，沿着逆时针方向，在同一矩形框中确定与该第二格点相邻的其他第二格点，将该其他第二格点作为相邻格点，并计算相邻格点与第二格点之间风向的角度差，若相邻格点的风向较第二格点的风向偏向目标格点，即沿逆时针方向的多个第二格点具有依次逐渐向内偏转(偏向目标格点一侧为内侧)的趋势，且偏转角度大于预设度数(如5°，10°等)，则第二格点满足第二旋转条件；其中，矩形框至少包括三个：正方形框、长度方向为南北方向的矩形框、长度方向为东西方向的矩形框。

本发明实施例中，如图4a-4c所示，该矩形框可以为正方形框(图4a)、长度方向为南北方向的矩形框(图4c)、长度方向为东西方向的矩形框(图4b)。在同一矩形框中存在多个第二格点，可以确定每个第二格点与相邻的其他第二格点(即相邻格点)之间风向的偏转角度，其中，偏转角度为两个相邻第二格点风向之间的角度差。沿着逆时针方向，若相邻的两个第二格点具有依次向内偏转(偏向目标格点一侧为内侧)的趋势，且偏转角度大于预设度数(如5°，10°等)，则认为相应的第二格点也呈逆时针旋转，即满足第二旋转条件。其中，该预设度数需要小于45°，甚至需要小于20°。

以图4a为例，在矩形框上选取8个第二格点，即E、EN、N、WN、W、WS、S、WS。对于第二格点E，其逆时针方向上相邻的第二格点为第二格点EN，即第二格点E的相邻格点为第二格点EN；该偏转角度为相邻的第二格点EN与该第二格点E之间的风向的差值，即偏转角度为F_EN-F_E；其中，F_i表示第二格点i的风向。如图4a所示，若第二格点E的风向F_E为90°，若第二格点EN的风向F_EN为135°，此时F_EN-F_E为135°-90°＝45°，则此时F_EN较F_E向内偏转45°。若其大于预设阈值，则可认为第二格点E满足第二旋转条件。其他的第二格点与此相似，此处不做赘述。

可选地，上述步骤104“判断象限的平均风向是否满足风场限定条件”包括：

若象限为东象限，且东象限的平均经向风

则该东象限的平均风向满足风场限定条件；

若象限为北象限，且北象限的平均纬向风

则该北象限的平均风向满足风场限定条件；

若象限为西象限，且西象限的平均经向风

则该西象限的平均风向满足风场限定条件；

若象限为南象限，且南象限的平均纬向风

则该南象限的平均风向满足风场限定条件。

本发明实施例中，将目标区域至少分为4个象限，即东象限、北象限、西象限、南象限，若该象限为东象限，且其平均经向风

即平均经向风为向上(向北)，东象限的平均经向风围绕目标格点逆时针旋转，即东象限的平均风呈逆时针旋转。同样的，若北象限的平均纬向风

说明平均纬向风向左(向西)，故此时北象限的平均风呈逆时针旋转。若西象限的平均经向风

说明平均经向风向下(向南)，故西象限的平均风呈逆时针旋转。若南象限的平均纬向风

说明平均纬向风向右(向东)，故南象限的平均风呈逆时针旋转。在上述情况下，相应象限的平均风向均满足风场限定条件。

可选地，可以细分出多个东象限、多个北象限、多个西象限、多个南象限等。如图3所示，将目标区域分为8个象限：第一东象限、第二东象限、第一北象限、第二北象限、第一西象限、第二西象限、第一南象限、第二南象限。在每个方向上存在多个象限时，依然可按照上述的判断方式来确定是否满足风场限定条件。例如，第一东象限、第二东象限均是判断其平均经向风是否

若是，则相应的东象限(第一东象限、第二东象限)满足风场限定条件。

可选地，在步骤105“根据有效格点的相对涡度确定涡旋中心”之后，该方法还包括确定涡旋新生时刻的过程，本实施例将涡旋首次出现的时次作为该涡旋的新生时刻。具体地，确定涡旋新生时刻的过程包括：

步骤D1：若前一时次不存在涡旋中心，则将确定出涡旋中心的当前时次作为相应涡旋的新生时刻。

本发明实施例中，在判断当前时次是否为新生时刻时存在两种情形：①当前时次的前一时次不存在涡旋中心，此时说明当前时次的涡旋中心是首次出现的，故此时可以直接将当前时次作为相应涡旋的新生时刻，当前时次所确定的涡旋中心即为涡旋的新生位置；②若当前时次的前一时次存在涡旋中心，则需要进一步判定，具体可参见下述的步骤D2-D3。

步骤D2：若前一时次存在涡旋中心，确定当前涡旋中心与前一时次涡旋中心之间的距离，若距离大于预设阈值，则将当前时次作为相应涡旋的新生时刻，若距离小于预设阈值，将前一时次作为当前时次向前追踪，直至确定涡旋的新生时刻；其中，当前涡旋中心为当前时次所确定的涡旋中心，该前一时次涡旋中心为前一时次所确定的涡旋中心。

步骤D3：若前一时次存在涡旋中心、当前涡旋中心与前一时次涡旋中心之间的距离小于预设阈值且前一时次涡旋中心位于源地之外，则认为该涡旋为源地外生成，将与当前涡旋中心相对应的涡旋剔除。

本发明实施例中，在前一时次(如T-1时次)存在涡旋中心的情况下，将当前时次(如T时次)确定的涡旋中心称为当前涡旋中心，将前一时次所确定的涡旋中心称为前一时次涡旋中心，即此时存在前一时次涡旋中心。预先确定以阈值，即预设阈值，该预设阈值本质上为一种距离阈值；具体地，可以基于涡旋的移速来确定涡旋在相邻时次之间的最大移动距离，将该最大移动距离定位为预设阈值。若前一时次存在前一时次涡旋中心，则计算当前涡旋中心与前一时次涡旋中心之间的距离，若距离大于预设阈值，说明前一时次涡旋中心与当前涡旋中心不是同一涡旋的中心，二者不属于同一个涡旋系统，故此时也可将该当前时次作为涡旋的新生时刻。

相反地，若当前涡旋中心与前一时次涡旋中心之间的距离小于该预设阈值，则说明二者是同一个涡旋在不同时次的中心，此时把前一时次作为当前时次继续向前追踪，直至前一时次不存在涡旋中心、或者当前时次的涡旋中心与前一时次涡旋中心之间的距离大于预设阈值，此时可以确定涡旋的新生时刻。在确定涡旋的新生时刻之后，可以对涡旋进行编号，并确定该涡旋的相关信息，例如涡旋的编号、新生时刻、涡旋中心位置等。

此外，该涡旋也有可能是源地外移入的涡旋，即该涡旋并不是局地新生的涡旋，此时需要剔除源地外移入的涡旋。如上述步骤D3所示，在前一时次存在涡旋中心，且距离小于预设阈值的情况下，判断该前一时次涡旋中心是否位于源地之外，若是，则可以确定该涡旋是源地外移入的涡旋，此时将其剔除。

在上述实施例的基础上，在确定涡旋的新生时刻，以及涡旋中心位置之后，该方法还包括对涡旋继续进行水平追踪、垂直追踪的过程，以实现对涡旋的三维追踪。具体地，该水平追踪的过程包括：

步骤E1：在特征层循环执行水平追踪操作，直至后一时次不存在与当前时次的当前涡旋中心属于同一涡旋系统的涡旋中心；

本发明实施例中，特征层为涡旋主体所在的等压面；一般情况下，高原涡的特征层是500hPa，西南涡的特征层是700hPa，长江中下游涡旋的特征层是850hPa。在该特征层上，逐时次对涡旋进行水平追踪，即在同一特征层上，追踪该涡旋在之后时次的情况。若后一时次中存在与当前涡旋中心属于同一涡旋系统的涡旋中心，说明在后一时次追踪到了该涡旋，之后继续对再之后的时次进行追踪，直至追踪不到该涡旋。具体地，上述水平追踪操作包括步骤E11-E12：

步骤E11：确定当前时次(如T时次)的当前涡旋中心，确定后一时次(如T+1时次)的涡旋中心。

步骤E12：确定在相同的水平追踪搜索范围内，当前时次的涡旋与后一时次的涡旋之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数，并将当前时次的涡旋与后一时次的涡旋之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数的均值作为水平追踪风场相关系数，该水平追踪搜索范围的中心可以为当前涡旋中心，或者，该水平追踪搜索范围的中心也可以为后一时次的涡旋中心。

步骤E13：若当前涡旋中心与后一时次涡旋中心之间的距离小于预设的水平追踪距离阈值、且水平追踪风场相关系数大于水平系数阈值，确定当前时次的涡旋与后一时次的涡旋属于同一涡旋系统；之后将后一时次重新作为当前时次。

本发明实施例中，在水平追踪过程中，需要确定当前时次的当前涡旋中心、后一时次的涡旋中心。并且，基于涡旋的水平尺度设置搜索范围的大小，即水平追踪搜索范围的大小，例如，在识别中尺度涡旋时，可以基于中尺度涡旋的平均水平尺度L设置L×L大小的水平追踪搜索范围；以当前涡旋中心或后一时次的涡旋中心为中心来设置该水平追踪搜索范围。在该水平追踪追踪搜索范围内，可以基于当前时次的风场数据确定在该水平追踪搜索范围内的纬向风场、经向风场等，同样可以基于后一时次的风场数据确定在该水平追踪搜索范围内的纬向风场、经向风场等，进而确定两个时次之间的纬向风场相关系数R_U和经向风场相关系数R_V，并将两个相关系数的均值作为当前时次与后一时次之间的风场相关系数，即水平追踪风场相关系数R_UV1。其中，确定两片区域之间的R_U、R_V使用皮尔逊相关系数公式计算，以Ru为例，

其中，U_T为T时次的纬向风，U_T+1为T+1时次的纬向风，分子为U_T和U_T+1的协方差，分母为U_T和U_T+1的标准差。

若当前时次的当前涡旋中心与后一时次的涡旋中心之间的距离小于预设的水平追踪距离阈值、且水平追踪风场相关系数大于预设的水平系数阈值(例如0.9等)，则可认为搜索到的后一时次的涡旋与当前时次的涡旋是同一个系统的连续演变，则该涡旋中心可以认为是追踪到的同一涡旋的中心。之后将该后一时次作为当前时次继续进行水平追踪即可。其中，本实施例基于大量的样本，计算自动识别结果的相关系数Ru,Rv；Ru,Rv的95％分位值为0.9，且经检验此时的命中率基本也为95％，其与“95％分位”较吻合，故本实施例中系数阈值(如水平系数阈值，或下述的垂直系数阈值)取0.9。

本领域技术人员可以理解，“当前时次”指的是当前处理时所参考的时次，在不同的处理轮次，该“当前时次”不同。例如，按照时间先后顺序依次生成了时次A、时次B、时次C对应的风场数据，若时次A为当前时次，则后一时次为时次B；若之后将时次B作为当前时次，则此时的后一时次为时次C。

步骤E2：之后在与特征层相邻的上层等压面或下层等压面搜索是否存在与当前涡旋中心属于同一涡旋系统的补充涡旋中心；若存在，则将上层等压面或下层等压面中与当前涡旋中心属于同一涡旋系统的补充涡旋中心的所在位置赋值给特征层，之后继续循环执行水平追踪操作；若不存在，确定与当前涡旋中心相对应的涡旋消亡。

本发明实施例中，在步骤E1之后，若在特征层上的追踪不到涡旋，本实施例继续在特征层上下临近的等压面(上层等压面或下层等压面)上继续搜索。若其他层的等压面上也没有追踪到相应的涡旋中心，则可确定该涡旋消亡；若在上层等压面或下层等压面存在属于同一个涡旋系统的涡旋中心，即补充涡旋中心，此时说明涡旋并未消亡，只是移动到邻近的其他层等压面；故此时将该补充涡旋中心所在位置赋值给特征层，之后继续执行步骤E1中的水平追踪操作，直至后一时次不存在与当前时次的当前涡旋中心属于同一涡旋系统的涡旋中心、且上层等压面或下层等压面也不存在补充涡旋中心。

参见图6所述，图6示出了水平追踪的一种示意图。图6以追踪特征层是850hPa的涡旋为例，在三个时次2019071209、2019071210、2019071211依次进行水平追踪；其中，在第二个时次2019071210，虽然在特征层上没有追踪到涡旋中心，且相邻的下层等压面(875hPa)也没有涡旋中心，但在相邻的上层等压面(825hPa)上追踪到了涡旋中心，故之后的时次可以继续执行水平追踪操作。图6中以三角标志表示涡旋中心。

可选地，上述的垂直追踪过程包括：

步骤F1：设置上界等压面和下界等压面。

本发明实施例中，上界等压面、下界等压面分别为垂直追踪的上限和下限。可选地，可以根据涡旋的垂直尺度以及识别区域的下垫面情况，设置涡旋垂直追踪的上界等压面和下界等压面。

步骤F2：以特征层作为初始的当前层等压面，循环执行当前时次的向上追踪操作，直至当前层等压面为上界等压面，或者，直至停止执行当前时次的向上追踪操作；将最终的当前层等压面作为涡旋的最高等压面。

步骤F3：以特征层作为初始的当前层等压面，循环执行当前时次的向下追踪操作，直至当前层等压面为下界等压面，或者，直至停止执行当前时次的向下追踪操作；将最终的当前层等压面作为涡旋的最低等压面。

本发明实施例中，以特征层为开始，向上、向下分别执行追踪操作，即分别独立执行上述步骤F2和F3。若当前层等压面追踪不到涡旋，或者到达相应的上下限，则停止追踪操作，并可以确定垂直追踪到的最高等压面和最低等压面。

其中，上述的“当前时次的向上追踪操作”包括：

步骤F21：确定当前层等压面中的当前层涡旋中心，在当前层等压面相邻的上层等压面搜索涡旋，并确定所述相邻的上层等压面中的上层涡旋中心；确定在相同的上垂直追踪搜索范围内，当前层等压面与上层等压面之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数，并将当前层等压面与上层等压面之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数的均值作为上垂直追踪风场相关系数，上垂直追踪搜索范围的中心为当前层涡旋中心或上层涡旋中心。

步骤F22：若当前层涡旋中心与上层涡旋中心之间的距离小于预设的垂直距离阈值、且上垂直追踪风场相关系数大于垂直系数阈值，确定当前层涡旋中心与上层涡旋中心属于同一涡旋系统，之后将上层等压面重新作为当前层等压面；否则，停止执行当前时次的向上追踪操作。

相应地，上述的“当前时次的向下追踪操作”包括：

步骤F31：确定当前层等压面中的当前层涡旋中心，在当前层等压面相邻的下层等压面搜索涡旋，并确定所述相邻的下层等压面中的下层涡旋中心；确定在相同的下垂直追踪搜索范围内，当前层等压面与下层等压面之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数，并将当前层等压面与下层等压面之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数的均值作为下垂直追踪风场相关系数，下垂直追踪搜索范围的中心为当前层涡旋中心或下层涡旋中心。

步骤F32：若当前层涡旋中心与下层涡旋中心之间的距离小于预设的垂直距离阈值、且下垂直追踪风场相关系数大于垂直系数阈值，确定当前层涡旋中心与下层涡旋中心属于同一涡旋系统，之后将下层等压面重新作为当前层等压面；否则，停止执行当前时次的向下追踪操作。

本发明实施例中，向上追踪操作和向下追踪操作原理相似，只是追踪的方向不同，下面只对向上追踪操作进行说明：

本发明实施例中，在当前时次，可以确定每一层的等压面(包括特征层)中的涡旋中心。在初始轮次，当前层等压面为特征层，间隔一定的阈值(根据资料分辨率，可选25hPa、50hPa等)在相邻的上层等压面搜索涡旋；若特征层中的当前层涡旋中心(与前述的当前涡旋中心相同，此处只用于方便描述)与上层等压面中的上层涡旋中心之间的距离、风场相关系数符合步骤F22中所设置的条件，则确定二者属于同一涡旋系统，此时将该上层等压面设为当前层等压面，继续间隔一定阈值在相邻的上层等压面搜索涡旋，最终可以确定最高等压面，从而实现对涡旋的向上追踪。在确定该涡旋当前时次的最高等压面和最低等压面之后，也可以对其他时次进行垂直追踪，最终可以确定涡旋生命史内所有时次的垂直伸展(最高等压面、最低等压面)。

图7示出了一种垂直追踪的示意图，以三角标志表示涡旋中心。该涡旋的特征层为850hPa，每隔25hPa进行垂直追踪，如图7所示，向上追踪到等压面650hPa，故最高等压面为650hPa；向下追踪到等压面900hPa，故最低等压面为900hPa。

本发明实施例提供的方法可应用于多种中尺度涡旋，且均取得了较为理想的识别效果。为衡量本识别方法的准确性，引入命中率(hit rate)，失误率(false rate)；定义hitrate＝NH/NT，false rate＝NF/NT。其中NT为经过人工识别，真实的涡旋数。NH为算法正确识别到的涡旋数。当算法自动识别到的“涡旋”经人工查验不符合中尺度低涡标准时，记为空报，当人工识别到的涡旋算法未识别时，记为漏报，NF为空报次数与漏报次数之和。因此命中率(hit rate)衡量了识别算法正确识别涡旋数目占真实涡旋的比例，命中率(hitrate)越高，识别效果越好；失误率(false rate)表征了识别算法失误的比例，失误率(false rate)越低，识别效果越好；针对高原涡、西南涡、长江中下游涡旋三类频发的中尺度涡旋，各随机选取若干个月的数据，进行客观识别，其命中率、失误率如表1。由表1可知，对于不同年份、不同月份的资料，该涡旋识别方法的命中率均可达90％以上，平均准确率为95.68％，平均失误率为7.62％，能够比较准确地实现涡旋识别。

表1

以上详细介绍了识别涡旋的方法流程，该方法也可以通过相应的装置实现，下面详细介绍该装置的结构和功能。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种识别涡旋的装置，参见图8所示，该装置包括：

获取模块81，用于依据所识别的涡旋确定源地范围，获取源地内的风场数据，并将所述源地内相对涡度为正的格点作为目标格点；

计算逆时针环流条件模块82，用于确定与所述目标格点相邻的多个第一格点；确定以所述目标格点为中心的目标区域，在所述目标区域内设置以所述目标格点为中心的多个不同长度方向的矩形框，并在所述矩形框上选取多个第二格点；用于将所述目标区域划分为多个象限，并根据所述风场数据确定每个所述象限的平均风向；

判断模块83，用于判断所述第一格点是否满足第一旋转条件，判断所述第二格点是否满足第二旋转条件，判断所述象限的平均风向是否满足风场限定条件，所述第一限定条件用于限定所述第一格点的风向为逆时针旋转，所述第二限定条件用于限定所述第二格点的风向为逆时针旋转，所述风场限定条件用于限定所述象限的平均风向为逆时针旋转；

识别模块84，用于在多个所述第一格点满足第一旋转条件、至少一个所述矩形框对应的多个所述第二格点满足第二旋转条件且多个所述象限的平均风向满足风场限定条件的情况下，将所述目标格点作为有效格点，并根据所述有效格点的相对涡度确定涡旋中心。

在上述实施例的基础上，所述判断模块83判断所述第一格点是否满足第一旋转条件包括：

获取所述第一格点的经向风和纬向风，并判断所述第一格点的风向是否为逆时针旋转；

若所述第一格点的风向为逆时针旋转，且所述第一格点的经向风变化率与所述第一格点的纬向风变化率之间的比值在预设范围[1/k,k]之间，则所述第一格点满足第一旋转条件；

其中，若所述第一格点为目标格点(i,j)的上格点(i,j+1)，且所述上格点(i,j+1)的纬向风u(i,j+1)<0，则所述上格点(i,j+1)的风向为逆时针旋转；

若所述第一格点为目标格点(i,j)的下格点(i,j-1)，且所述下格点(i,j-1)的纬向风u(i,j-1)>0，则所述下格点(i,j-1)的风向为逆时针旋转；

若所述第一格点为目标格点(i,j)的右格点(i+1,j)，且所述右格点(i+1,j)的经向风v(i+1,j)>0，则所述右格点(i+1,j)的风向为逆时针旋转；

若所述第一格点为目标格点(i,j)的左格点(i-1,j)，且所述左格点(i-1,j)的经向风v(i-1,j)<0，则所述左格点(i-1,j)的风向为逆时针旋转。

在上述实施例的基础上，所述判断模块83判断所述第二格点是否满足第二旋转条件包括：

确定相邻格点与所述第二格点之间风向的偏转角度；若所述相邻格点的风向较所述第二格点的风向偏向所述目标格点，且所述偏转角度大于预设度数，则所述第二格点满足第二旋转条件；其中，所述矩形框至少包括三个：正方形框、长度方向为南北方向的矩形框、长度方向为东西方向的矩形框；所述相邻格点为：沿着逆时针方向，在同一矩形框中与所述第二格点相邻的其他第二格点；

和/或

所述判断所述象限的平均风向是否满足风场限定条件，包括：

若所述象限为东象限，且所述东象限的平均经向风

则所述东象限的平均风向满足风场限定条件；

若所述象限为北象限，且所述北象限的平均纬向风

则所述北象限的平均风向满足风场限定条件；

若所述象限为西象限，且所述西象限的平均经向风

则所述西象限的平均风向满足风场限定条件；

若所述象限为南象限，且所述南象限的平均纬向风

则所述南象限的平均风向满足风场限定条件。

在上述实施例的基础上，所述判断模块83根据所述有效格点的相对涡度确定涡旋中心包括：

将相对涡度的最大值或极大值所对应的有效格点作为待定格点；

设定与涡旋的水平尺度相匹配的判定范围，若所述判定范围内存在一个待定格点，则将所述待定格点所在位置作为涡旋中心；若所述判定范围内存在多个待定格点，则将多个所述待定格点的几何中心作为涡旋中心。

在上述实施例的基础上，参见图9所述，该装置还包括新生时刻确定模块85；

在所述识别模块84根据所述有效格点的相对涡度确定涡旋中心之后，所述新生时刻确定模块85用于：

若前一时次不存在涡旋中心，则将确定出涡旋中心的当前时次作为相应涡旋的新生时刻；

若前一时次存在涡旋中心，确定当前涡旋中心与前一时次涡旋中心之间的距离，若所述距离大于预设阈值，则将当前时次作为相应涡旋的新生时刻，若所述距离小于预设阈值，将所述前一时次作为当前时次向前追踪，直至确定涡旋的新生时刻；并且，若前一时次存在涡旋中心、所述距离小于预设阈值且所述前一时次涡旋中心位于所述源地之外，剔除与所述当前涡旋中心相对应的涡旋。

在上述实施例的基础上，参见图9所述，该装置还包括：水平追踪模块86，用于：

在特征层循环执行水平追踪操作，直至后一时次不存在与当前时次的当前涡旋中心属于同一涡旋系统的涡旋中心；

之后在与所述特征层相邻的上层等压面或下层等压面搜索是否存在与当前涡旋中心属于同一涡旋系统的补充涡旋中心；若存在，则将所述上层等压面或下层等压面中与当前涡旋中心属于同一涡旋系统的补充涡旋中心的所在位置赋值给所述特征层，之后继续循环执行所述水平追踪操作；若不存在，确定与所述当前涡旋中心相对应的涡旋消亡；

其中，所述水平追踪操作包括：

确定当前时次的当前涡旋中心以及后一时次的涡旋中心；

确定在相同的水平追踪搜索范围内，所述当前时次与所述后一时次之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数，并将所述当前涡旋与所述第一涡旋之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数的均值记为水平追踪风场相关系数，所述水平追踪搜索范围的中心为所述当前涡旋中心或所述后一时次的涡旋中心；

若所述当前涡旋中心与所述后一时次的涡旋中心之间的距离小于预设的水平追踪距离阈值、且所述水平追踪风场相关系数大于水平系数阈值，则确定所述当前涡旋中心与所述后一时次的涡旋中心属于同一涡旋系统；之后将所述后一时次重新作为当前时次。

在上述实施例的基础上，参见图9所述，该装置还包括：垂直追踪模块87，用于：

设置上界等压面和下界等压面；

以特征层作为初始的当前层等压面，循环执行当前时次的向上追踪操作，直至当前层等压面为所述上界等压面，或者，直至停止执行所述当前时次的向上追踪操作；将最终的当前层等压面作为涡旋的最高等压面；

并且，以特征层作为初始的当前层等压面，循环执行当前时次的向下追踪操作，直至当前层等压面为所述下界等压面，或者，直至停止执行所述当前时次的向下追踪操作；将最终的当前层等压面作为涡旋的最低等压面；

其中，所述当前时次的向上追踪操作包括：

确定当前层等压面中的当前层涡旋中心，在当前层等压面相邻的上层等压面搜索涡旋，并确定所述相邻的上层等压面的上层涡旋中心；确定在相同的上垂直追踪搜索范围内，所述当前层等压面与所述上层等压面之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数，并将所述当前层等压面与所述上层等压面之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数的均值作为上垂直追踪风场相关系数，所述上垂直追踪搜索范围的中心为所述当前层涡旋中心或所述上层涡旋中心；以及

若所述当前层涡旋中心与所述上层涡旋中心之间的距离小于预设的垂直距离阈值、且所述上垂直追踪风场相关系数大于垂直系数阈值，确定所述当前层涡旋中心与所述上层涡旋中心属于同一涡旋系统，之后将所述上层等压面重新作为当前层等压面；否则，停止执行所述当前时次的向上追踪操作；

所述当前时次的向下追踪操作包括：

确定当前层等压面中的当前层涡旋中心，在当前层等压面相邻的下层等压面搜索涡旋，并确定所述相邻的下层等压面中的下层涡旋中心；确定在相同的下垂直追踪搜索范围内，所述当前层等压面与所述下层等压面之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数，并将所述当前层等压面与所述下层等压面之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数的均值作为下垂直追踪风场相关系数，所述下垂直追踪搜索范围的中心为所述当前层涡旋中心或所述下层涡旋中心；以及

若所述当前层涡旋中心与所述下层涡旋中心之间的距离小于预设的垂直距离阈值、且所述下垂直追踪风场相关系数大于垂直系数阈值，确定所述当前层涡旋中心与所述下层涡旋中心属于同一涡旋系统，之后将所述下层等压面重新作为当前层等压面；否则，停止执行所述当前时次的向下追踪操作。

本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，其包含用于执行上述的识别涡旋的方法的程序，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的方法。

其中，所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD))等。

图10示出了本发明的另一个实施例的一种电子设备的结构框图。所述电子设备1100可以是具备计算能力的主机服务器、个人计算机PC、或者可携带的便携式计算机或终端等。本发明具体实施例并不对电子设备的具体实现做限定。

该电子设备1100包括至少一个处理器(processor)1110、通信接口(Communications Interface)1120、存储器(memory array)1130和总线1140。其中，处理器1110、通信接口1120、以及存储器1130通过总线1140完成相互间的通信。

通信接口1120用于与网元通信，其中网元包括例如虚拟机管理中心、共享存储等。

处理器1110用于执行程序。处理器1110可能是一个中央处理器CPU，或者是专用集成电路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。

存储器1130用于可执行的指令。存储器1130可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器1130也可以是存储器阵列。存储器1130还可能被分块，并且所述块可按一定的规则组合成虚拟卷。存储器1130存储的指令可被处理器1110执行，以使处理器1110能够执行上述任意方法实施例中的识别涡旋的方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种气象领域识别涡旋的方法，其特征在于，包括：

依据所识别的涡旋确定源地范围，获取源地内的风场数据，并将所述源地内相对涡度为正的格点作为目标格点；

确定与所述目标格点相邻的多个第一格点；确定以所述目标格点为中心的目标区域，在所述目标区域内设置以所述目标格点为中心的多个不同长度方向的矩形框，并在所述矩形框上选取多个第二格点；将所述目标区域划分为多个象限，并根据所述风场数据确定每个所述象限的平均风向；

判断所述第一格点是否满足第一旋转条件，判断所述第二格点是否满足第二旋转条件，判断所述象限的平均风向是否满足风场限定条件，所述第一旋转条件用于限定所述第一格点的风向为逆时针旋转，所述第二旋转条件用于限定所述第二格点的风向为逆时针旋转，所述风场限定条件用于限定所述象限的平均风向为逆时针旋转；

在多个所述第一格点满足第一旋转条件、至少一个所述矩形框对应的多个所述第二格点满足第二旋转条件且多个所述象限的平均风向满足风场限定条件的情况下，将所述目标格点作为有效格点，并根据所述有效格点的相对涡度确定涡旋中心；

在特征层循环执行水平追踪操作，直至后一时次不存在与当前时次的当前涡旋中心属于同一涡旋系统的涡旋中心；

之后在与所述特征层相邻的上层等压面或下层等压面搜索是否存在与当前涡旋中心属于同一涡旋系统的补充涡旋中心；若存在，则将所述上层等压面或下层等压面中与当前涡旋中心属于同一涡旋系统的补充涡旋中心的所在位置赋值给所述特征层，之后继续循环执行所述水平追踪操作；若不存在，确定与所述当前涡旋中心相对应的涡旋消亡；

其中，所述水平追踪操作包括：

确定当前时次的当前涡旋中心以及后一时次的涡旋中心；

确定在相同的水平追踪搜索范围内，所述当前时次与所述后一时次之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数，并将所述当前涡旋与所述后一时次的涡旋之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数的均值记为水平追踪风场相关系数，所述水平追踪搜索范围的中心为所述当前涡旋中心或所述后一时次的涡旋中心；

若所述当前涡旋中心与所述后一时次的涡旋中心之间的距离小于预设的水平追踪距离阈值、且所述水平追踪风场相关系数大于水平系数阈值，则确定所述当前涡旋中心与所述后一时次的涡旋中心属于同一涡旋系统；之后将所述后一时次重新作为当前时次。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述第一格点是否满足第一旋转条件包括：

获取所述第一格点的经向风和纬向风，并判断所述第一格点的风向是否为逆时针旋转；

若所述第一格点的风向为逆时针旋转，且所述第一格点的经向风变化率与所述第一格点的纬向风变化率之间的比值在预设范围[1/k,k]之间，则所述第一格点满足第一旋转条件；

其中，若所述第一格点为目标格点(i,j)的上格点(i,j+1)，且所述上格点(i,j+1)的纬向风u(i,j+1)<0，则所述上格点(i,j+1)的风向为逆时针旋转；

若所述第一格点为目标格点(i,j)的下格点(i,j-1)，且所述下格点(i,j-1)的纬向风u(i,j-1)>0，则所述下格点(i,j-1)的风向为逆时针旋转；

若所述第一格点为目标格点(i,j)的右格点(i+1,j)，且所述右格点(i+1,j)的经向风v(i+1,j)>0，则所述右格点(i+1,j)的风向为逆时针旋转；

若所述第一格点为目标格点(i,j)的左格点(i-1,j)，且所述左格点(i-1,j)的经向风v(i-1,j)<0，则所述左格点(i-1,j)的风向为逆时针旋转。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述第二格点是否满足第二旋转条件包括：

确定相邻格点与所述第二格点之间风向的偏转角度；若所述相邻格点的风向较所述第二格点的风向偏向所述目标格点，且所述偏转角度大于预设度数，则所述第二格点满足第二旋转条件；其中，所述矩形框至少包括三个：正方形框、长度方向为南北方向的矩形框、长度方向为东西方向的矩形框；所述相邻格点为：沿着逆时针方向，在同一矩形框中与所述第二格点相邻的其他第二格点；

和/或

所述判断所述象限的平均风向是否满足风场限定条件，包括：

若所述象限为东象限，且所述东象限的平均经向风

则所述东象限的平均风向满足风场限定条件；

若所述象限为北象限，且所述北象限的平均纬向风

则所述北象限的平均风向满足风场限定条件；

若所述象限为西象限，且所述西象限的平均经向风

则所述西象限的平均风向满足风场限定条件；

若所述象限为南象限，且所述南象限的平均纬向风

则所述南象限的平均风向满足风场限定条件。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述有效格点的相对涡度确定涡旋中心包括：

将相对涡度的最大值或极大值所对应的有效格点作为待定格点；

设定与涡旋的水平尺度相匹配的判定范围，若所述判定范围内存在一个待定格点，则将所述待定格点所在位置作为涡旋中心；若所述判定范围内存在多个待定格点，则将多个所述待定格点的几何中心作为涡旋中心。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述有效格点的相对涡度确定涡旋中心之后，还包括：

若前一时次不存在涡旋中心，则将确定出涡旋中心的当前时次作为相应涡旋的新生时刻；

若前一时次存在涡旋中心，确定当前涡旋中心与前一时次涡旋中心之间的距离，若所述距离大于预设阈值，则将当前时次作为相应涡旋的新生时刻，若所述距离小于预设阈值，将所述前一时次作为当前时次向前追踪，直至确定涡旋的新生时刻；其中，所述当前涡旋中心为当前时次所确定的涡旋中心；

并且，若前一时次存在涡旋中心、所述距离小于预设阈值且所述前一时次涡旋中心位于所述源地之外，剔除与所述当前涡旋中心相对应的涡旋。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

设置上界等压面和下界等压面；

以特征层作为初始的当前层等压面，循环执行当前时次的向上追踪操作，直至当前层等压面为所述上界等压面，或者，直至停止执行所述当前时次的向上追踪操作；将最终的当前层等压面作为涡旋的最高等压面；

并且，以特征层作为初始的当前层等压面，循环执行当前时次的向下追踪操作，直至当前层等压面为所述下界等压面，或者，直至停止执行所述当前时次的向下追踪操作；将最终的当前层等压面作为涡旋的最低等压面；

其中，所述当前时次的向上追踪操作包括：

确定当前层等压面中的当前层涡旋中心，在所述当前层等压面相邻的上层等压面搜索涡旋，并确定所述上层等压面中的上层涡旋中心；确定在相同的上垂直追踪搜索范围内，所述当前层等压面与所述上层等压面之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数，并将所述当前层等压面与所述上层等压面之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数的均值作为上垂直追踪风场相关系数，所述上垂直追踪搜索范围的中心为所述当前层涡旋中心或所述上层涡旋中心；以及

若所述当前层涡旋中心与所述上层涡旋中心之间的距离小于预设的垂直距离阈值、且所述上垂直追踪风场相关系数大于垂直系数阈值，确定所述当前层涡旋中心与所述上层涡旋中心属于同一涡旋系统，之后将所述上层等压面重新作为当前层等压面；否则，停止执行所述当前时次的向上追踪操作；

所述当前时次的向下追踪操作包括：

确定当前层等压面中的当前层涡旋中心，在所述当前层等压面相邻的下层等压面搜索涡旋，并确定所述下层等压面中的下层涡旋中心；确定在相同的下垂直追踪搜索范围内，所述当前层等压面与所述下层等压面之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数，并将所述当前层等压面与所述下层等压面之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数的均值作为下垂直追踪风场相关系数，所述下垂直追踪搜索范围的中心为所述当前层涡旋中心或所述下层涡旋中心；以及

若所述当前层涡旋中心与所述下层涡旋中心之间的距离小于预设的垂直距离阈值、且所述下垂直追踪风场相关系数大于垂直系数阈值，确定所述当前层涡旋中心与所述下层涡旋中心属于同一涡旋系统，之后将所述下层等压面重新作为当前层等压面；否则，停止执行所述当前时次的向下追踪操作。

7.一种气象领域识别涡旋的装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于依据所识别的涡旋确定源地范围，获取源地内的风场数据，并将所述源地内相对涡度为正的格点作为目标格点；

计算逆时针环流条件模块，用于确定与所述目标格点相邻的多个第一格点；确定以所述目标格点为中心的目标区域，在所述目标区域内设置以所述目标格点为中心的多个不同长度方向的矩形框，并在所述矩形框上选取多个第二格点；将所述目标区域划分为多个象限，并根据所述风场数据确定每个所述象限的平均风向；

判断模块，用于判断所述第一格点是否满足第一旋转条件，判断所述第二格点是否满足第二旋转条件，判断所述象限的平均风向是否满足风场限定条件，所述第一旋转条件用于限定所述第一格点的风向为逆时针旋转，所述第二旋转条件用于限定所述第二格点的风向为逆时针旋转，所述风场限定条件用于限定所述象限的平均风向为逆时针旋转；

识别模块，用于在多个所述第一格点满足第一旋转条件、至少一个所述矩形框对应的多个所述第二格点满足第二旋转条件且多个所述象限的平均风向满足风场限定条件的情况下，将所述目标格点作为有效格点，并根据所述有效格点的相对涡度确定涡旋中心；

水平追踪模块，用于：

在特征层循环执行水平追踪操作，直至后一时次不存在与当前时次的当前涡旋中心属于同一涡旋系统的涡旋中心；

之后在与所述特征层相邻的上层等压面或下层等压面搜索是否存在与当前涡旋中心属于同一涡旋系统的补充涡旋中心；若存在，则将所述上层等压面或下层等压面中与当前涡旋中心属于同一涡旋系统的补充涡旋中心的所在位置赋值给所述特征层，之后继续循环执行所述水平追踪操作；若不存在，确定与所述当前涡旋中心相对应的涡旋消亡；

其中，所述水平追踪操作包括：

确定当前时次的当前涡旋中心以及后一时次的涡旋中心；

确定在相同的水平追踪搜索范围内，所述当前时次与所述后一时次之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数，并将所述当前涡旋与所述后一时次的涡旋之间的纬向风场相关系数和经向风场相关系数的均值记为水平追踪风场相关系数，所述水平追踪搜索范围的中心为所述当前涡旋中心或所述后一时次的涡旋中心；

若所述当前涡旋中心与所述后一时次的涡旋中心之间的距离小于预设的水平追踪距离阈值、且所述水平追踪风场相关系数大于水平系数阈值，则确定所述当前涡旋中心与所述后一时次的涡旋中心属于同一涡旋系统；之后将所述后一时次重新作为当前时次。

8.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行权利要求1-6任意一项所述的识别涡旋的方法。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-6任意一项所述的识别涡旋的方法。

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