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基于HY-2B散射计的热带气旋定位定强研究

刘思琦 林文明 王志雄 郎姝燕

刘思琦,林文明,王志雄,等. 基于HY-2B散射计的热带气旋定位定强研究[J]. 海洋学报,2021,43(x):1–12 doi: 10.12284/hyxb2021176
引用本文: 刘思琦,林文明,王志雄,等. 基于HY-2B散射计的热带气旋定位定强研究[J]. 海洋学报,2021,43(x):1–12 doi: 10.12284/hyxb2021176
Liu Siqi,Lin Wenming,Wang Zhixiong, et al. Determination of Tropical Cyclone Location and Intensity using HY-2B Scatterometer Data[J]. Haiyang Xuebao,2021, 43(x):1–12 doi: 10.12284/hyxb2021176
Citation: Liu Siqi,Lin Wenming,Wang Zhixiong, et al. Determination of Tropical Cyclone Location and Intensity using HY-2B Scatterometer Data[J]. Haiyang Xuebao,2021, 43(x):1–12 doi: 10.12284/hyxb2021176

基于HY-2B散射计的热带气旋定位定强研究

doi: 10.12284/hyxb2021176
基金项目: 国家自然科学基金青年基金项目(41906153);江苏省高等学校大学生创新创业训练计划(202010300072Y);南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队引进重大专项(GML2019ZD0302)
详细信息
    作者简介:

    刘思琦(2000-),女,江苏省徐州市人,研究方向为海洋微波遥感。E-mail:1986644716@qq.com

    通讯作者:

    林文明(1984-),男,福建省仙游县人,教授,研究方向为海洋微波遥感、先进数据处理方法、雷达定标技术、以及海面风场遥感及应用。E-mail:wenminglin@nuist.edu.cn

  • 中图分类号: P714

Determination of Tropical Cyclone Location and Intensity using HY-2B Scatterometer Data

  • 摘要: 热带气旋灾害是最严重的自然灾害之一,其影响程度主要取决于气旋的中心位置和强度。提高热带气旋中心位置及强度监测水平对于改进热带气旋分析预报精度、减少热带气旋的灾害影响具有重要意义。本文以海洋二号B星散射计为例,分析了散射计风场散度和旋度的分布特征,发现气旋中心附近风场的散度或旋度具有显著的分布规律,由此提出了一种新的气旋中心定位方法,并与传统的直接定位法进行比较研究。在此基础上,进一步提出了热带气旋风圈大小估计的方法,用于评估气旋的强度。最后,利用台风“范斯高”和台风“博罗依”的遥感数据对文中的方法进行验证,结果表明使用新方法定位的气旋中心位置与最佳路径之间的差异小于20 km,散射计17 m/s风圈大小的变化一定程度上反映了气旋的发展规律。
  • 图  1  台风最佳路径图

    Fig.  1  Best track of typhoons

    图  2  HSCAT观测的“范斯高”风场

    a. 8月3日15时;b. 8月4日16时;c. 8月5日4时;d. 8月5日16时

    Fig.  2  Wind field map of “Francisco” from HSCAT

    a. 3 p.m, August 3; b. 4 p.m, August 4; c. 4 a.m, August 5; d. 4 p.m, August 5

    图  3  HSCAT观测的“博罗依”风场

    a. 10月21日4时;b. 10月22日4时;c. 10月22日15时;d. 10月24日5时

    Fig.  3  Wind field map of “Boluoy”from HSCAT

    a. 4 a.m, October 21; b. 4 a.m, October 22; c. 3 p.m, October 22; d. 5 a.m, October 24

    图  4  热带气旋中心定位的技术路线

    Fig.  4  Technical process for locating tropical cyclone center

    图  5  直接定位法定位结果

    a. 风矢量场;b. 散度场;c. 旋度场;d. 复合场

    Fig.  5  Typhoon center’s location by locating directly

    a. Wind stress component; b. divergence; c. curl; d. DC field

    图  6  风应力分量等值线图:

    a. 风应力τc分量;b. 风应力τa分量

    Fig.  6  Contour map of wind stress component

    a. Wind stress τa component; b. wind stress τc component

    图  7  风应力散度旋度等值线图

    a. 散度;b. 旋度

    Fig.  7  Contour map of divergence and curl:

    a. Divergence; b. curl

    图  8  几何定位台风中心

    a.风应力分量;b. 散度场;c. 旋度场;d. 定位结果显示,风应力分量(绿色三角)、散度(红色矩形)、旋度(蓝色圆形)、最佳路径插值数据(黄色十字)

    Fig.  8  Tropical cyclone center locating by wind field characteristic parameters’ spatial geometric signatures

    a. Wind stress component; b. divergence; c. curl; d. the location results show, wind stress component(green triangle), divergence(red rectangle), curl(blue circle), data interpolated through the best track dataset(yellow cross)

    图  9  计算17 m/s风圈半径方法

    a.有效方位示意;b. 海面风速剖面图示例

    Fig.  9  The method of calculating the 17 m/s wind radii

    a. 24 effective azimuths; b. example diagram of sea surface wind speed profile

    图  10  “范斯高”17 m/s风圈示意图

    a. 8月3日15时;b. 8月4日16时;c. 8月5日4时;d. 8月5日16时

    Fig.  10  17 m/s wind circle of "Francisco"

    a. 3 p.m, August 3; b. 4 p.m, August 4; c. 4 a.m, August 5; d. 4 p.m, August 5

    图  11  “博罗依”17 m/s风圈示意图

    a. 10月21日4时;b. 10月22日4时;c. 10月22日15时;d. 10月24日5时

    Fig.  11  17 m/s wind circle of “Boluoy”

    a. 4 a.m, October 21; b. 4 a.m, October 22; c. 3 p.m, October 22; d. 5 a.m, October 24

    表  1  4个时刻的台风“范斯高”强度对比

    Tab.  1  The cyclone “Francisco” intensity’s contrast at four moments

    日期
    参数
    8月3日
    15时
    8月4日
    16时
    8月5日
    4时
    8月5日
    16时
    HSCAT $ R17$/km45.3666.8785.6788.49
    HSCAT最大风速/(m·s−1)21.6520.9121.2426.18
    最佳路径最大风速/(m·s−1)23.0028.0032.3832.64
    最佳路径最低气压/pa990.00980.00974.19973.24
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    表  2  4个时刻的台风“博罗依”强度对比

    Tab.  2  The cyclone “Boluoy” intensity’s contrast at four moments

    日期
    参数
    10月21日4时10月22日4时10月22日15时10月24日5时
    HSCAT $ R17$/km75.93123.50131.10126.83
    HSCAT最大风速/
    (m·s−1)
    26.6431.7326.9230.42
    最佳路径最大风速/
    (m·s−1)
    36.0450.0058.0046.44
    最佳路径最低气压/pa968.27940.00925.00947.61
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    表  3  基于HSCAT数据的台风“范斯高”和台风“博罗依”中心位置对比(单位:km)

    Tab.  3  The center locations of typhoon “Francisco” and typhoon “Boluoy” based on HSCAT (unit: km)

    2019110“范斯高”8月3日15时8月4日16时8月5日4时8月5日16时
    $ D_1$$ D_2$$ D_1$$ D_2$$ D_1$$ D_2$$ D_1$$ D_2$
    直接定位法散度场41.0364.8936.1636.1637.9859.7318.4748.68
    旋度场21.7088.6339.2853.3064.8332.7466.2724.67
    复合场31.3647.0843.9253.3072.1650.4055.2456.00
    几何定位法风应力分量46.0532.6410.7413.9735.7519.146.7220.03
    散度场12.3428.767.3620.5526.984.396.1614.96
    旋度场0.6030.0412.588.4016.5116.845.2317.74
    2019250“博罗依”10月21日4时10月22日4时10月22日15时10月24日5时
    $ D_1$$ D_2$$ D_1$$ D_2$$ D_1$$ D_2$$ D_1$$ D_2$
    直接定位法散度场44.6454.9551.3847.9912.5729.8629.1529.15
    旋度场39.3669.5160.4025.8429.2646.4084.8246.45
    复合场26.1026.1022.3827.1312.4847.2625.8552.99
    几何定位法风应力分量45.5022.9623.1420.0713.063.4433.3622.53
    散度场37.8545.6017.1315.1317.9711.7015.1916.27
    旋度场52.8144.5820.366.6619.3219.326.6730.13
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    表  4  基于ASCAT数据的台风“范斯高”和台风“博罗依”中心位置对比(单位:km)

    Tab.  4  The center locations of typhoon “Francisco” and typhoon “Boluoy” based on ASCAT (unit: km)

    2019110“范斯高”8月3日8时8月4日7时8月4日20时8月5日9时
    $ D_1$$ D_2$$ D_1$$ D_2$$ D_1$$ D_2$$ D_1$$ D_2$
    直接定位法散度场22.4018.0630.0464.4632.6829.6222.2463.14
    旋度场22.4092.9418.5832.2036.6231.4339.7357.40
    复合场22.4061.217.3882.0040.1214.7546.7354.62
    几何定位法风应力分量27.6972.7222.5344.0316.2618.0816.5726.35
    散度场32.2772.8022.8330.238.2110.267.2729.53
    旋度场28.1263.5220.5932.282.6512.0610.5017.12
    2019250“博罗依”10月21日19时10月22日7时10月23日8时10月23日19时
    $ D_1$$ D_2$$ D_1$$ D_2$$ D_1$$ D_2$$ D_1$$ D_2$
    直接定位法散度场16.7813.656.8669.667.3458.6221.1822.38
    旋度场36.1736.1723.8426.4819.3417.7329.7770.83
    复合场14.4120.6523.8470.4220.3817.7321.1829.53
    几何定位法风应力分量19.7413.6214.9333.315.4938.139.7121.24
    散度场14.9718.2316.2721.2912.9137.6841.6954.86
    旋度场20.2627.6819.8628.6021.4042.7929.7730.67
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  • [1] 乔文峰. 基于卫星云图的台风定位技术研究[D]. 上海: 上海交通大学, 2012.

    Qiao Wenfeng. The study of typhoon center locating based on satellite cloud image[D]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University, 2012.
    [2] 蒋众民. 基于遥感数据的台风识别与中心定位方法研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2018.

    Jiang Zhongmin. Research on typhoon recognition and centering based on remote sensing data[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2018.
    [3] 庞君如, 王让会, 李博. 基于密度矩阵和卫星修正的台风中心定位仿真[J]. 计算机仿真, 2019, 36(6): 398−402. doi: 10.3969/j.issn.1006-9348.2019.06.082

    Pang Junru, Wang Ranghui, Li Bo. Typhoon center positioning simulation based on density matrix and satellite correction[J]. Computer Simulation, 2019, 36(6): 398−402. doi: 10.3969/j.issn.1006-9348.2019.06.082
    [4] 刘佳, 王旭东. 一种利用FY-2卫星数据的台风中心定位方法[J]. 遥感信息, 2020, 35(2): 25−29. doi: 10.3969/j.issn.1000-3177.2020.02.005

    Liu Jia, Wang Xudong. A method of typhoon center positioning using FY-2 satellite data[J]. Remote Sensing Information, 2020, 35(2): 25−29. doi: 10.3969/j.issn.1000-3177.2020.02.005
    [5] Jaiswal N, Ha D T T, Kishtawal C M. Estimation of size of tropical cyclones in the North Indian Ocean using Oceansat-2 scatterometer high-resolution wind products[J]. Theoretical and Applied Climatology, 2019, 136(1): 45−53.
    [6] HU Tangao, WU Yiyue, ZHENG Gang, et al. Tropical cyclone center automatic determination model based on HY-2 and QuikSCAT wind vector products[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2019, 57(2): 709−721. doi: 10.1109/TGRS.2018.2859819
    [7] 赵勇, 赵朝方, 孙如瑶. 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[J]. 海洋湖沼通报, 2017(2): 39−47.

    Zhao Yong, Zhao Chaofang, Sun Ruyao. Application of HY-2A/SCAT records to understanding the surface wind field structure of typhoon Soulik[J]. Transactions of Oceanology and Limnology, 2017(2): 39−47.
    [8] Dickey T D, Nencioli F, Kuwahara V S, et al. Physical and bio-optical observations of oceanic cyclones west of the island of Hawai’i[J]. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 2008, 55(10/13): 1195−1217.
    [9] 王晓霞, 刘建强, 张毅, 等. 基于卫星微波散射计风场的台风中心定位方法比较研究[J]. 海洋预报, 2020, 37(5): 24−33. doi: 10.11737/j.issn.1003-0239.2020.05.003

    Wang Xiaoxia, Liu Jianqiang, Zhang Yi, et al. Comparative study on typhoon center locating based on satellite microwave scatterometer wind field[J]. Marine Forecasts, 2020, 37(5): 24−33. doi: 10.11737/j.issn.1003-0239.2020.05.003
    [10] Lee C S, Cheung K K W, Fang W T, et al. Initial maintenance of tropical cyclone size in the Western North Pacific[J]. Monthly Weather Review, 2010, 138(8): 3207−3223. doi: 10.1175/2010MWR3023.1
    [11] 杨典, 宋清涛, 蒋兴伟, 等. 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[J]. 海洋学报, 2019, 41(1): 151−159.

    Yang Dian, Song Qingtao Jiang Xingwei, et al. A typhoon intensity estimation technique based on scatterometer winds observed from the HY-2 satellite[J]. Haiyang Xuebao, 2019, 41(1): 151−159.
    [12] Vogelzang J, Verhoef A. The orientation of seawinds wind vector cells[R]. EUMETSAT, Tech. rep: NWPSAF-KN-TR-003, 2014. https://nwpsaf.eu/publications/tech_reports/nwpsaf-kn-tr-003.pdf.
    [13] 肖峻, 肖培, 吴双. 亥姆霍兹定理与时变电磁场惟一性定理[J]. 云南大学学报(自然科学版), 2010, 32(S1): 249−251.

    Xiao Jun, Xiao Pei, Wu Shuang. Helmholtz's theorem and the uniqueness theorem of time-varying electromagnetic field[J]. Journal of Yunnan University, 2010, 32(S1): 249−251.
    [14] King G P, Portabella M, Lin Wenming, et al. Correlating extremes in wind and stress divergence with extremes in rain over the Tropical Atlantic[R]. Ocean and Sea Ice SAF Scientific Report 312, 2017: 1-35.
    [15] De Kloe J, Stoffelen A, Verhoef A. Improved use of scatterometer measurements by using stress-equivalent reference winds[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 2017, 10(5): 2340−2347. doi: 10.1109/JSTARS.2017.2685242
    [16] 曹雪峰, 李庆杰, 邢传玺, 等. 不同风应力拖曳系数对南海北部风暴潮数值模拟的适应性研究[J]. 海洋湖沼通报, 2020(1): 1−8.

    Cao Xuefeng, Li Qingjie, Xing Chuanxi, et al. Adaptability of drag coefficient to numerical simulation of storm surge in the Northern South China Sea[J]. Transactions of Oceanology and Limnology, 2020(1): 1−8.
    [17] 寿绍文. 位涡理论及其应用[J]. 气象, 2010, 36(3): 9−18. doi: 10.7519/j.issn.1000-0526.2010.03.002

    Shou Shaowen. Theory and application of potential vorticity[J]. Meteorological Monthly, 2010, 36(3): 9−18. doi: 10.7519/j.issn.1000-0526.2010.03.002
    [18] Merrill R T. A comparison of large and small tropical cyclones[J]. Monthly Weather Review, 1984, 112(7): 1408−1418. doi: 10.1175/1520-0493(1984)112<1408:ACOLAS>2.0.CO;2
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-15
  • 修回日期:  2021-04-19
  • 网络出版日期:  2021-08-23

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