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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(11):146–156 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(11):146–156 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(11):146–156 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(11):146–156 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(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: P444

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HY-2B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“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

    Fig.  1  Best track of typhoons

    图  2  HSCAT观测的台风“范斯高”风场

    Fig.  2  Wind field of Typhoon Francisco observed by HSCAT

    图  3  HSCAT观测的台风“博罗依”风场

    Fig.  3  Wind field of Typhoon Bualoi observed by HSCAT

    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  直接定位法定位台风中心位置

    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 field; c. curl field; d. DC field

    图  6  风应力分量等值线分布

    Fig.  6  Contour of wind stress component

    图  7  风应力散度(a)和旋度(b)等值线分布

    Fig.  7  Contour of divergence (a) and curl (b) of wind stress

    图  8  利用风场特征参数的空间几何特征定位热带气旋中心

    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 field; c. curl field; 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. 24个有效方位;b. 海面风速剖面示例

    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  台风“范斯高”17 m/s风圈示意图

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

    图  11  台风“博罗依”17 m/s风圈示意图

    Fig.  11  17 m/s wind circle of Typhoon Bualoi

    表  1  4个时刻的台风“范斯高”强度对比

    Tab.  1  Intensity’s contrast of Typhoon Franciscoat 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/hPa990.00980.00974.19973.24
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    表  2  4个时刻的台风“博罗依”强度对比

    Tab.  2  Intensity’s contrast of Typhoon Bualoiat 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/hPa968.27940.00925.00947.61
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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 Bualoi based on HSCAT (unit: km)

    台风“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$$ D_2$
    直接定位法散度场41.0364.8936.1636.1637.9859.7318.4748.68
    旋度场21.7088.6339.2853.3064.8332.7466.2724.67
    复合场31.3647.0843.9253.3072.1650.4055.2456.00
    几何定位法风应力分量46.0532.6410.7413.9735.7519.14 6.7220.03
    散度场12.3428.76 7.3620.5526.98 4.39 6.1614.96
    旋度场 0.6030.0412.58 8.4016.5116.84 5.2317.74
    台风“博罗依”10月21日4时10月22日4时10月22日15时10月24日5时
    $ D_1$$ 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45.5022.9623.1420.0713.06 3.4433.3622.53
    散度场37.8545.6017.1315.1317.9711.7015.1916.27
    旋度场52.8144.5820.36 6.6619.3219.32 6.6730.13
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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 Bualoi based on ASCAT (unit: km)

    台风“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$$ D_2$
    直接定位法散度场22.4018.0630.0464.4632.6829.6222.2463.14
    旋度场22.4092.9418.5832.2036.6231.4339.7357.40
    复合场22.4061.21 7.3882.0040.1214.7546.7354.62
    几何定位法风应力分量27.6972.7222.5344.0316.2618.0816.5726.35
    散度场32.2772.8022.8330.23 8.2110.26 7.2729.53
    旋度场28.1263.5220.5932.28 2.6512.0610.5017.12
    台风“博罗依”10月21日19时10月22日7时10月23日8时10月23日19时
    $ D_1$$ D_2$$ D_1$$ D_2$$ D_1$$ D_2$$ D_1$$ D_2$
    直接定位法散度场16.7813.65 6.8669.66 7.3458.6221.1822.38
    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19.7413.6214.9333.31 5.4938.13 9.7121.24
    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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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
  • 刊出日期:  2021-12-31

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