HY-2卫星散射计热带气旋自动识别算法

对基于HY-2卫星散射计风矢量产品的热带气旋自动识别算法进行了研究。算法分为粗搜索与精搜索两部分。粗搜索利用热带气旋风场的风速与风向分布直方图特征确定搜索的阈值,快速剔除比较容易识别的非热带气旋区域。在此基础上,精搜索利用热带气旋风向的螺旋状分布特征,通过搜索目标区域内是否存在螺旋状流线的方法,确定目标区域的风向是否存在螺旋状流线特征,从而实现对热带气旋的准确自动识别。作为示例,将该方法应用到对HY-2散射计观测到的2012年6号强热带风暴"杜苏芮"的自动识别,结果表明,本文提出的算法可以从HY-2散射计风场数据中准确有效的自动识别出热带气旋。     

基于多致灾因子相似的热带气旋检索方法研究:以风暴潮-海浪灾害预评估为例

热带气旋引起的风暴潮-海浪灾害成灾频率高、致灾强度大,对我国沿海地区造成的人员和经济损失惨重。预评估阶段需要在灾前对研究区可能造成的损失等进行快速的综合判定。从历史热带气旋中检索出与目标热带气旋位置及各种致灾因子强度相似的热带气旋是快速、准确地预评估风暴潮-海浪灾害的重要方法。面向风暴潮-海浪灾害预评估,提出了一种基于多致灾因子的相似热带气旋检索方法。用于相似检索的致灾因子数据包括:从中国气象局西北太平洋热带气旋最佳路径数据集中提取并经处理得到的1949~2013年影响湛江市的112场热带气旋的路径中心点位置、中心气压、最大风速、最大风速半径及移动速度数据,112场热带气旋的模拟风场、风暴潮及海浪数据。首先,利用相似离度方法对热带气旋进行路径相似性检索;其次,利用最优相似系数方法计算中心气压、最大风速半径、最大风速、移动速度、风场、风暴潮及海浪强度指标的相似系数进行一次检索;然后,根据风场、风暴潮及海浪模拟数据的获取情况,分别基于路径-强度及风场-风暴潮-海浪综合相似性指标进行二次检索;最终给出历史热带气旋的综合相似排序。以2013年尤特热带气旋为例,利用上述方法检索了与其最为相似的5场历史热带气旋。该方法综合考虑了热带气旋路径及多种致灾因子的相似,兼顾了检索的速度及质量,是进行快速、准确的风暴潮-海浪灾害预评估的重要基础。     

一种普适性的加权热带气旋风场重构方法

台风浪模拟是海洋和海岸工程中开展重现期波浪推算的关键环节。本文在系统分析历史热带气旋近中心最大风速、大风风圈以及CCMP风场特征的基础上,提出了一种热带气旋影响范围计算方案,改进了加权热带气旋风场重构方法。以该方法重构的热带气旋风场为驱动,采用WAVEWATCH Ⅲ模型模拟了南海28次台风浪过程,并用南海北部88个站次的风、浪观测资料对重构后的风场及模拟浪高进行检验。检验结果显示:风速(台风浪高)的重构值(模拟值)与观测值吻合良好,改进后的加权热带气旋风场重构方法有较强的普适性。     

散射计海面风场资料在远洋航天气象保障中应用方向探讨

结合目前远洋航天气象保障中关注重点及存在的弱点,创新尝试引入高精度散射计海面风场资料,探讨散射计海面风场资料在远洋航天气象保障中应用的可行方向,主要包括应用于诊断海面风场气候统计特征、应用于诊断热带气旋生成预报预警、应用于诊断热带气旋内部结构特征、结合数学非线性时间序列预报方法应用于站点海面风和海面风场预报,总结相关方向关键技术的国内外研究进展,为下一步散射计海面风场资料在远洋航天气象保障中的深入应用及国内海洋二号卫星散射计资料的应用提供理论基础和方向支撑。     

HY-2A散射计数据在台风“苏力”海表面风场结构研究中的应用

以西北太平洋2013年第7号超强台风"苏力"为例,基于台风风场分解原理并采用改进的Tikhonov正则化原理进行数值微分,结合台风散度场和涡度场的分布规律,应用HY-2A/SCAT散射计海表面风场数据对台风"苏力"进行了中心定位、路径追踪、台风背景风场提取和台风径向、切向风提取和分析。结果表明,结合散度场和涡度场进行台风中心定位的方法所得到的台风中心与联合台风警报中心JTWC最优路数据相比较,误差合理。文中所提取得到的实际(相对)径向风场和切向风场的分布特征验证了早期飞机侦测所得到部分结论。归一化切向风廓线呈瑞金涡流分布,归一化径向风廓线呈倒置的高斯分布模型。     

9711号热带气旋温带转变过程分析

本文利用天气学及诊断分析的方法，对9711号热带气旋两次登陆前后物理量场的变化进行了分析，结果表明：9711号热带气旋进入渤海后强度得到了加强，表现在暖中心的增强及中心气压的降低。中高纬冷空气的加入、对流层上层较强的辐散及正的涡度平流对气旋的再次发展起了关键作用。一些物理量场的分布直接影响着热带气旋的路径。     

热带气旋风场的计算

基于以前对热带气旋气压场和风场的研究,作者求出一种能适用于任意热带气旋风压结构且具有一定普遍意义的热带气旋风速分布一般式。同时修正了宫崎正卫关于台风合成风风场的假设,将本文求出的热带气旋风速变化规律作为静止热带气旋风速,以热带气旋移行速度V,按到热带气旋中心距离r指数衰减作为大尺度的本底风场,由矢量合成原理求出另一种移行热带气旋风速分布式。新的移行热带气旋风速分布式还考虑到环境气压等因素的影响,从所计算的个例看,计算风速与实际风速较为吻合。此外,在缺乏海上风压资料的情况下,能由任一条封闭等压线的气压和矢径计算热带气旋风场分布。     

可能最大风暴潮风险评估中各等级热带气旋设定方法

可能最大热带气旋的设定是可能最大风暴潮计算的基础,对风暴潮灾害应急疏散具有重要意义。利用1949~2011年中国气象局(CMA)西北太平洋热带气旋最佳路径数据集、美国联合台风预警中心(JTWC)以及美国国家海洋和大气管理局(NOAA)最大风速半径数据集,基于各等级热带气旋参数之间的定量关系,建立了各等级可能最大热带气旋最大风速、中心气压、最大风速半径、移动速度、移动方向等参数设定及路径合成的方法。以福建省连江县为例,按照台风、强台风及超强台风强度等级,分强度衰减和不衰减2种情况,设定3种移动方向,合成了共216场热带气旋作为可能最大风暴潮的计算输入。另外,对参数敏感性、风场参数设定、参数设定与计算量的关系、叠加天文潮以及溃堤等问题进行了讨论。     

热带气旋风场对海浪分布特征的影响

设计了一系列理想的数值实验,利用高分辨率的WAVEWATCHIII海浪模式定量分析热带气旋移动速度、强度、最大风速半径和热带气旋移动时的转向等风场细节因素对热带气旋下表面海浪分布特征的影响。实验结果表明,热带气旋移动速度、最大风速半径和热带气旋移动时的转向会影响海浪的空间非对称分布。最大风速半径增大会使最大有效波高的位置向后移动,而移动速度增大会使最大有效波高位置向前移动。移动速度增大会使右侧象限内的有效波高增大,左侧象限内有效波高减小。最大风速半径增大和强度增强使各象限内有效波高均增高。热带气旋的转向使各象限内有效波高增高,除了右后象限。这些风场特征对各个象限内海浪的平均波长、平均周期、平均波向、和波峰方向都有很重要的影响,尤其以左后象限最为显著。     

基于HY-2A微波散射计海面风场资料的台风风剖面信息提取研究

台风风剖面信息是直观反映与台风中心不同距离的各点与平均风速关系的曲线,它是确定各级台风风圈范围的重要基础。本文利用HY-2A微波散射计海面风场资料,结合Holland风场模型提出了一种新的台风风剖面信息提取方法,并选取2012–2017年期间16期典型台风进行应用。结果表明:34 kt与50 kt风圈半径的平均均方根误差为37.6 km与18.3 km,该方法具有较好的适用性和精度。本研究对于描述台风结构特征及潜在的破坏力和台风可能的影响范围具有一定的现实意义。     

热带气旋卫星遥感客观定位方法研究进展

首次从云系形态识别、风场结构分析、云体温湿反演、时空运动匹配等4个崭新角度梳理归纳了热带气旋卫星遥感客观定位方法研究进展,分别介绍此4类方法的实现原理与过程,比较分析各种方法的优缺点与适用性。总结认为,上述方法虽大多仍处于探索研究阶段,但其优于传统人工目视判读定位法的诸多特点将使之成为发展应用的必然;同时综合比较指出,结合运动特征的混合智能算法将是热带气旋中心定位的未来方向;此外建立集成多种资料和算法的热带气旋综合客观定位系统,也有利于提高热带气旋中心定位的稳健性和准确率。     

基于变分多参数正则化方法融合卫星散射计资料

基于常规三维变分同化（3DVAR）思想和反问题中的正则化技术,提出了适用于风场融合的带正则化约束项的3DVAR方法,在南海海域开展数据融合试验,同时采用模型函数方法确定合理的正则化参数,针对一次台风个例进行了QuikSCAT散射计海面风场数据和华南中尺度模式海面风场数据的融合试验,结果表明采用带正则化约束的3DVAR融合方法,明显消除了常规3DVAR方法融合风场时带来的虚假信息,融合后分析风场以及涡度场和散度场分布均匀,结构清晰,气旋中心显著,且分析场中观测起主导作用;采用信号自由度（DFS）方法对融合方法进行定量评估,发现相对常规3DVAR方法,带正则化约束的3DVAR融合系统中观测数据提供的DFS较多,同时提高了观测场对分析场的影响;基于独立观测资料对融合结果进行检验发现相对华南中尺度模式和常规3DVAR方法的统计结果,带正则化约束的3DVAR方法得到的风场具有最小的均方根误差和最大的相关系数。     

西北太平洋海面高度异常对热带气旋的响应

采用一种海面高度异常(Sea Level Anomaly,SLA)对热带气旋响应的合成分析方法,即根据热带气旋的路径位置和运动方向对海面高度异常进行插值、旋转和平均,得到不同热带气旋强度下,以热带气旋最佳路径点为原点的海面高度异常场.利用该方法,基于Aviso卫星高度计数据和中国气象局热带气旋最佳路径数据,得到了199...     

热带气旋进入广西影响区强度突然加强的环流特征及物理量诊断分析

本文对1960~2002年进入广西影响区的热带气旋进行统计分析,发现平均每年有4.3个热带气旋进入广西影响区,强度突然加强的平均每年有0.3个,发生在6~10月,其区域分布主要集中在海南岛东北部近海至粤西近海区域和北部湾海域。利用《台风年鉴》和《历史天气图》以及欧洲中心NCEP再分析资料,对这类热带气旋进行环流特征诊断分析,得出了一些结论,有助于更好地做出这类热带气旋的风力和降水预报。     

一个新的热带气旋参数调整方案

基于前人的统计经验公式和现有的实测资料,尤其是详实的热带气旋中心气压资料,对热带气旋的最大风速半径的确定提出一个新的调整方案,使之能较好反映热带气旋风场.比较结果表明,所计算的海浪场与实测资料吻合较好.     

东海及其邻近海区热带气旋风灾风险

东海及其邻近海区是受热带气旋影响较为严重的区域,研究该海域的热带气旋风灾风险有助于防灾减灾。选取1980—2019年影响该海域的587个热带气旋资料,利用Holland经验风场模型获得该海域热带气旋风场数据集,参照Simpson风灾指数方法,构建联合风速及其累计时间的风灾指数。结果表明:①东海及其邻近海区大部分海域受热带气旋影响,都会出现最大风速超过30 m/s。②进入20世纪,东海热带气旋风速有增强的趋势,每10 a的平均增速约1.6 m/s。③近岸海域最大风速主要发生在7月中旬至9月中旬。④从宁德至温州近岸海域的风灾等级相对较高,且风灾等级向南北两侧呈递减趋势。     

热带气旋气压场和风场的后报模式

根据热带气旋影响范围内实测气压与风速资料，求解一组方程得到热带气旋气压场和风场计算的关键性参数。使热带气旋影响范围内实测气压和风速值与模式的计算值有很好的拟合。同时考虑了摩擦效应，构造了一个移动热带气旋气压场与风场的后报模式。     

9914号台风近海强度增强的主因分析

通过对9914号台风近海强度增强原因的分析后认为：台风中心高层流出场增强，辐散加大及弱冷空气触击台风北侧，是9914号台风近海强度增强的主要原因。     

台风浪模拟预报中的风场比较研究

在对模拟台风浪时海浪模式常用的经验模型风场和多重嵌套中尺度气象数值模式风场的结构和时间演变特征进行对比分析的基础上,分别采用这两种风场资料,应用最新版本的第三代海浪模式SWAN对Winnie(1997)引起的台风浪进行了模拟,将模拟的有效波高与TOPEX/POSEIDON和ERS-2卫星高度计资料作了详细的对比分析。结果表明,经验模型风场对实际台风风场的刻画存在诸多缺陷,这些缺陷对于台风浪的准确模拟产生了不可忽视的影响,采用模式风场试验的模拟效果优于采用模型风场的试验。论文提出了在运用海浪模式模拟台风浪时用数值模式模拟风场替代经验模型风场的必要性。