一种QuikSCAT大风地球物理模型及其在台风IOKE风场反演中的应用

The geophysical model function (GMF) describes the relationship between a backscattering and a sea surface wind, and enables a wind vector retrieval from backscattering measurements. It is clear that t...     

多普勒雷达资料在台风探测中的应用

多普勒雷达能探测到台风雨带强度图和多普勒科（台风和热带风暴,本文统称为台风）。强度的台风中心定位主要有对数螺旋垒套法和计算法;提取台风多普勒速度图的一些特征信息可对其进行定位。结合强度、多普勒速率模式定位方法可明显提高远近台风定位的准确性,文中还根据台风的气旋环流特征,利用探测到的台风中心位置和外围雨带的退模糊速度值,提出一种台风雨带风场反演方法,该方法具有一定精度。     

基于QuikSCAT卫星遥感风场的台风最大风速半径反演及个例分析

建立了一种卫星遥感风场的最大风速半径(Rmax )反演方法.该方法基于 QuikSCAT 风场,结合 JTWC 台风参数资料,将遥感平均风剖面与 Holland 台风模型进行最小二乘法拟合来反演 Rmax.2001-2009年13个台风69幅数据反演结果统计分析表明:用气压表征台风强度的 P 算法遥感反演结果与 JTWC 分析结果的标准差为10.7 km,效果较好.此外,通过0513、0519和0221 3个典型台风过程的 Rmax 演变情况分析表明:对于对称性结构较好的成熟台风,反演结果能较好地反映出不同台风的 Rmax 尺寸差别,台风过程中 Rmax 的演变情况符合台风发展情况;台风风场对称性差、地形以及背景流场的影响,是导致 Rmax 反演出现较大偏差主要因素.     

"威马逊"台风的结构特征

本文主要用卫星云图、舟山713雷达探测资料分析“威马逊”台风的结构特点,以及用MICAPS系统下发的t213物理量资料诊断分析“威马逊”台风对流层各层的物理量分布,发现在台风东北象限降水条件最好,西南象限最差。并初步分析了其原因是由于输入云带的影响。用舟山测风站资料计算物理量,分析台风边界层的物理量特征。最后分析了台风周围大风的分布情况,用梯度风和经验风公式拟合测站风速,并分析了拟合的误差情况。     

An improved wind speed algorithm for “Jason-1” altimeter under tropical cyclone conditions

Rain effect and lack of in situ validation data are two main causes of tropical cyclone wind retrieval errors. The National Oceanic and Atmospheric Administration＇s Climate Prediction Center Morphing technique （CMORPH） rain rate is introduced to a match-up dataset and then put into a rain correction model to remove rain effects on ＂Jason-1＂ normalized radar cross section （NRCS）; Hurricane Research Division （HRD） wind sPeed, which integrates all available surface weather observations, is used to substitute in situ data for establishing this relationship with ＂Jason-l＂ NRCS. Then, an improved ＂Jason-l＂ wind retrieval algorithm under tropical cyclone conditions is proposed. Seven tropical cyclones from 2003 to 2010 are studied to validate the new algorithm. The experimental results indicate that the standard deviation of this algorithm at C-band and Ku-band is 1.99 and 2.75 m/s respectively, which is better than the existing algorithms. In addition, the C-band algorithm is more suitable for sea surface wind retrieval than Ku-band under tropical cyclone conditions.     

多普勒雷达资料同化在台风“灿都”(2010)预报中的应用研究

文章基于中尺度天气预报模式(WRF)及其三维变分同化系统(WRF-3DVAR), 采用了两部雷达径向风资料, 进行单一时间分析以初始化台风“灿都”(Chanthu), 比较研究了同化雷达径向速度(V_r)对台风“灿都”分析和预报的影响。结果表明: 同化雷达径向风的作用主要体现在台风强度和环流结构的调整, 且在同化达到一定时长后, 对改进同化后的预报分析有积极效应。同化试验改进台风的初始风场以及台风环流中心的热力和动力结构、强度和位置, 进而提高18h预报的台风结构、路径、强度。     

基于Holland台风模型及三重嵌套海浪模式的台风浪数值模拟研究

现有的风场资料存在台风中心附近风速偏低的问题。为改进台风期间风场数据, 使用Holland经验台风模型结合多平台交叉校准数据(cross-calibrated multi-platform, CCMP)及欧洲中期天气预报中心的再分析数据(European Centre for Medium-range Weather Forecasts Reanalysis data, ERA5)风场资料, 研究了不同台风最大风速半径(maximum wind radius of the typhoon, RMW)、Holland B参数对模拟效果的影响, 确定了最优模拟参数, 并以改进后的风场驱动三重嵌套海浪模型对台风“威马逊”发生期间的台风浪进行模拟。模拟结果与实测数据对比表明, (1)改进的风场资料与实测结果更为接近, 作为海浪模式驱动项可更好地模拟台风期间波浪状况; (2)三重嵌套海浪模型的波浪模拟效果优于单独的海浪模型。     

降雨对SAR风场反演的影响及校正

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）在风场反演中发挥着重要的作用,但由于受到降雨的影响,海面风场的反演精度会随之下降。本文利用Radarsat-2 SAR观测数据,准同步降雨数据和再分析风场资料对2014年台风"威马逊"外围风场受降雨影响的情况进行了分析,建立了雨致海表阻尼后向散射系数受降雨强度,入射角等因素影响的拟合模型,并对降雨引起的信号衰减,后向体散射进行了评估。实验发现雨致海表面阻尼作用抑制风致海面波的影响十分明显,且降雨造成的信号衰减随降雨强度和入射角的增大而增加,雨滴产生的后向体散射和雨致海表阻尼作用造成的后向散射系数变化随降雨强度的增大而增加,随入射角的增大而减小。实例表明本文建立的模型能够有效改善降雨条件下SAR风场的反演精度。     

非对称风场对台风浪模拟效果的比较研究

分析四象限非对称风场模型与叠加风场模型的优缺点,将模型结果与实测风速进行对比验证;利用上述两种风场模型分别驱动第三代海浪模式SWAN,对发生在南海海域的三场台风浪进行了数值模拟计算。结果显示:四象限非对称模型关于风速的计算值与实测值吻合度更高,尤其是当台风中心距离测站较近时;四象限非对称模型驱动SWAN模拟的台风浪精度优于叠加风场模型,适用于南海台风浪的数值模拟。     

一种温度相关的HY-2A散射计地球物理模型函数

利用散射计测量海面后向散射系数, 并通过地球物理模型函数(geophysical model function, GMF)反演得到海面风场。目前散射计风场反演所采用的GMF一般只考虑雷达极化方式、雷达入射角、风速和相对风向对海面后向散射系数的影响, 而相关研究表明海表温度(sea surface temperature, SST)对Ku波段散射计风场反演具有不可忽略的影响。文章利用海洋二号A卫星散射计(Haiyang-2A Scatterometer, HY2A-SCAT)后向散射系数观测值、欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF )再分析风矢量和SST数据, 采用人工神经网络方法, 建立起一种SST相关的GMF (TNGMF)。对TNGMF进行分析后发现, 海面后向散射系数随着SST的增加而增加, 并且其增加幅度与雷达极化方式、风速有关。为了对比, 文章使用相同数据集和相同方法建立了不包含SST的GMF (NGMF), 将美国国家航天航空局散射计-2 (National Aeronautics and Space Administration Scatterometer-2, NSCAT2) GMF、TNGMF和NGMF分别用于HY2A-SCAT风场反演实验。试验结果表明, 采用NSCAT2 GMF、NGMF反演得到的风速在低温时系统性偏小, 在高温时系统性偏大; 而TNGMF可较好地纠正SST对风速偏差均值的影响, 从而提高反演风场质量。     

影响湛江的台风风场数值模拟

本文利用对称型台风风场模型和基于特征线的非对称型台风风场，同时采用背景风场与台风模型风场的合成的方法，研究了影响湛江的台风气压场和风场的数值模拟。研究结果表明：(1)当台风气压场的不对称特征明显时，采用非对称型台风风场模型模拟的结果明显优于对称型台风风场模型的结果；(2)利用背景风场与台风模型风场的合成要比单独使用台风模型风场更好。     

基于C-2PO模型和CMOD5.N地球物理模式函数的SAR风速反演性能评估

本文选取142幅RADARSAT-2全极化合成孔径雷达（SAR）影像，在没有入射角输入的情况下，首先利用C-2PO模型进行海面风速反演。随后，将同一时空下的ASCAT散射计风向作为初始风向，提取相应雷达入射角，利用地球物理模式函数（GMF） CMOD5.N对142幅SAR影像进行风速计算。反演结果与美国国家资料浮标中心海洋浮标风速数据对比，结果显示:CMOD5.N GMF和C-2PO模型均可反演出较高精确度的海面风速，其均方根误差分别为1.68 m/s和1.74 m/s。此外，研究发现，在低风速段，CMOD5.N GMF的风速反演精度要明显优于C-2PO模型。针对这一现象，本文以SAR系统成像机理为基础，以低风速SAR图像为具体案例，给出了3种造成这一现象的原因。     

基于SAR图像雨团足印的海面风向提取方法

利用地球物理模式函数进行SAR海面风速反演时，需以风向作为地球物理模式函数的输入。本文应用了一种利用SAR图像上雨团足印顺风一侧比逆风一侧明亮的图像特征的海面风向提取方法，以进行海面风速反演。4景RADARSAT-2卫星SAR示例数据风向提取结果相对于ASCAT散射计的风向均方根误差满足不大于16°。分别以本文方法提取的风向和ASCAT散射计风向作为输入，利用地球物理模式函数CMOD5进行海面风速的SAR反演，两者的风速反演结果基本一致，其均方根误差差值不超过0.3 m/s。本文利用SAR图像雨团足印信息的风向提取方法准确可靠，可应用于SAR海面风速反演。     

台风海面风场动力诊断模式的建立与模拟计算

本文总结和归纳了已有的台风海面风场模式，按照风场模式物理背景的不同进行了分类．在此基础上，本文选择并建立了一种新的台风海面风场动力诊断模式．首先，利用台风影响范围内某条具有代表性的闭合等压线的拟合方程表示出台风海面气压场，并利用改进的气压场模式和修正的梯度风方程求得台风系统风场，同时还利用宫崎正卫的热带气旋合成风假设建立移行台风风场．然后将两者作权重订正后进行迭加，即得到台风模型风场．该模式考虑了包括台风气压场的非对称性、边界层摩擦效用、气压梯度的切向变化及台风中心移动的影响等多种因素．经过对0519号“龙王”台风的模拟，结果表明本文所建立的台风风场模式可以比较准确的模拟出非圆对称的台风海面气压场和海面风场，较为真实地反映实际台风风场的特征．     

基于散射计风场数据的台风强度诊断方法——以海洋二号卫星数据为例

本文提出了一种基于散射计风场数据的台风定强方法。该方法定义了台风所在海区的一个圆形区域上的风速平均值来对台风进行定强，并使用海洋二号卫星散射计历史数据对该方法进行了验证。验证结果表明，该台风定强方法可以克服散射计反演台风风速过低的问题。与台风强度监测的历史记录比较的结果显示，在台风强度低于"强台风"这一强度等级时，该方法能够有效估算台风强度。     

Forecasting the western Pacific subtropical high index during typhoon activity using a hybrid deep learning model

Seasonal location and intensity changes in the western Pacific subtropical high(WPSH) are important factors dominating the synoptic weather and the distribution and magnitude of precipitation in the rain belt over East Asia. Therefore, this article delves into the forecast of the western Pacific subtropical high index during typhoon activity by adopting a hybrid deep learning model. Firstly, the predictors, which are the inputs of the model, are analysed based on three characteristics: the first...     

Sentinel-1卫星合成孔径雷达获取第一幅台风图像

In this note, we present the first Sentinel-1 synthetic aperture radar(SAR) typhoon image acquired in the northwest Pacific on October 4, 2014. The eye shape and sea surface wind patterns associated with Typhoon Phanfone are clearly shown in the high-quality SAR image. SAR winds retrieval procedure was given but the actual wind estimates will only be available after the European Space Agency(ESA) releases the official calibration coefficients in order to accurately derive the SAR-measured normalized radar cross section. This study demonstrates the advantage of Sentinel-1 SAR with regards to imaging fine scale typhoon patterns on the sea surface beneath storm clouds. This paper also advocates the use of Sentinel-1 SAR data that is made freely and openly available worldwide for the first time in civilian SAR history.     

Improving the wind and wave estimation of dual-frequency altimeter JASON1 in Typhoon Shanshan and considering the rain effects

Altimetry data have been widely used in various fiehts of oceanography, including the extreme weather events such as tropical cyclones, typhoons, and hurricanes. The performance of JASON1 in Typhoon Shanshan is assessed by examining the sensor geophysical data record and illustrates how the measured return waveform, significant wave height, and backscatter are all affected by various factors associated with the typhoon, with details by the rain are illustrated. The correction method to maintain accurate wave height and wind speed measurements in Typhoon Shanshan and the results are presented. Furthermore, the additional results of rain rate and typhoon eye diameter can be retrieved. Because of the lack of in-situ measurements of wind, wave, and rain rate at Typhoon Shanshan, results are compared with the forecasted typhoon data and a good agreement is found.     

新的台风风场计算方法

本文分析了Je氏风场模式与Rankine涡风场模式之间的联系,提出两种计算台风风场的新方法。新的台风风场计算方法改进了Je氏和Ran氏两个风场模式,克服了Je氏风场模式计算风速偏大,Ran氏计算风速偏小的缺点。新的风场模式的后一种模式的风速分布曲线以一种比较合理的同时优于Je氏和Kan氏的风速衰减速率向远方逐渐衰减。此外,文中提出的移动台风风场计算方法也在一定程度上改进了宫崎正卫和Je氏两个人的方法。     

渤海海域台风风场的变分计算

本文从大气的运动方程出发,利用实测的台风气压场资料和变分调整的方法,计算了进入渤海的台风风场,模拟了台风的不对称结构。经实测资料捡验吻合程度较好。