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

张路; 胡潭高; 张毅; 张登荣; 李瑶; 沈黎达

doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2020.01.011

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

doi: 10.3969/j.issn.0253-4193.2020.01.011

张路^{1, 2, 3,},
胡潭高^{1, 2, ,},
张毅⁴,
张登荣^{1, 2},
李瑶^{1, 2},
沈黎达^{1, 2}

1.
杭州师范大学遥感与地球科学研究院，浙江杭州 311121
2.
浙江省城市湿地与区域变化研究重点实验室，浙江杭州 311121
3.
广西壮族自治区环境保护科学研究院，广西南宁 530022
4.
自然资源部空间海洋遥感与应用研究重点实验室，北京 100081

基金项目: 国家重点研发计划（2017YB0502800，2017YFB0502805）；浙江省基础公益研究计划（LY19D010004，LGF18D010005）；杭州市农业与社会发展科研自主申报项目（20191203B19）。

详细信息

作者简介:
张路（1993—），男，广西壮族自治区南宁市人，主要从事台风路径预测研究。E-mail：zl695677296@gmail.com

通讯作者:
胡潭高（1983—），男，浙江省宁波市人，副教授，主要从事微波散射计风场产品应用研究。E-mail：hutangao@hznu.edu.cn

中图分类号: P732.3；P717
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出版历程
- 收稿日期: 2018-11-27
- 修回日期: 2019-02-14
- 网络出版日期: 2021-04-21
- 刊出日期: 2020-01-25

Research on typhoon wind profile information extraction based on sea surface wind field data of HY-2A microwave scatterometer

Zhang Lu^{1, 2, 3
,},
Hu Tangao^{1, 2
, ,},
Zhang Yi⁴,
Zhang Dengrong^{1, 2},
Li Yao^{1, 2},
Shen Lida^{1, 2}

1.
Institute of Remote Sensing and Earth Sciences, Hangzhou Normal University, Hangzhou 311121, China
2.
Zhejiang Provincial Key Laboratory of Urban Wetlands and Regional Change, Hangzhou 311121, China
3.
Scientific Research Academy of Guangxi Environmental Protection, Nanning 530022, China
4.
Key Laboratory of Space Ocean Remote Sensing and Application, Ministry of Natural Resources, Beijing 100081, China

摘要

摘要: 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。
- 海洋二号卫星 /
- 台风形状系数 /
- 风圈半径 /
- 散射计风场产品 /
- 台风风场模型
Abstract: The typhoon wind profile information is a curve that directly reflects the relationship between the points at different distances from the typhoon center and the average wind speed. It is an important basis for determining the wind radius at different speed. In this paper, a new typhoon wind profile information extraction method is proposed by using the HY-2A microwave scatterometer sea surface wind field data and the Holland wind field model. We selected 16 typical typhoons during 2012−2017 for application, the results show that the average root mean square error of the 34 kt and 50 kt wind radii is 37.6 km and 18.3 km. This method has good applicability and accuracy. This study has certain practical significance for describing the structural characteristics of typhoon and its potential destructive power and possible range of typhoon.
- HY-2 satellite /
- typhoon shape factor /
- wind radii /
- wind field product of scatterometer /
- typhoon wind field model

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图 1 总体技术路线

Fig. 1 Overall technical roadmap

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图 2 台风“珊瑚”与“菲特”路径

Fig. 2 Typhoon Sanvu and Typhoon Fitow road map

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图 3 台风“珊瑚”风场

a. 5月23日09时；b. 5月23日21时；c. 5月24日09时；d. 5月24日21时；e. 5月25日09时；f. 5月26日20时

Fig. 3 Wind field map of Typhoon Sanvu

a. 09:00 on May 23；b. 21:00 on May 23；c. 09:00 on May 24；d. 21:00 on May 24；e. 09:00 on May 25；f. 20:00 on May 26

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图 4 台风“珊瑚”Willoughby B值计算法风速剖面拟合曲线

a. 5月23日09时；b. 5月23日21时；c. 5月24日09时；d. 5月24日21时；e. 5月25日09时；f. 5月26日20时

Fig. 4 Wind speed profile fitting curve of Typhoon Sanvu with value B calculated by Willoughby’s method

a. 09:00 on May 23；b. 21:00 on May 23；c. 09:00 on May 24；d. 21:00 on May 24；e. 09:00 on May 25；f. 20:00 on May 26

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图 5 台风“珊瑚”Vickery B值计算法风速剖面拟合曲线

a. 5月23日09时；b. 5月23日21时；c. 5月24日09时；d. 5月24日21时；e. 5月25日09时；f. 5月26日20时

Fig. 5 Wind speed profile fitting curve of Typhoon Sanvu with value B calculated by Vickery’s method

a. 09:00 on May 23；b. 21:00 on May 23；c. 09:00 on May 24；d. 21:00 on May 24；e. 09:00 on May 25；f. 20:00 on May 26

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图 6 台风“菲特”风场图

a. 10月01日09时；b. 10月01日21时；c. 10月02日09时；d. 10月02日21时；e. 10月03日09时；f. 10月03日21时

Fig. 6 Wind field map of Typhoon Fitow

a. 09:00 on October 1；b. 21:00 on October 1；c. 09:00 on October 2；d. 21:00 on October 2；e. 09:00 on October 3；f. 21:00 on October 3

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图 7 台风“菲特”Willoughby B值计算法风速剖面拟合曲线

a. 10月01日09时；b. 10月01日21时；c. 10月02日09时；d. 10月02日21时；e. 10月03日09时；f. 10月03日21时

Fig. 7 Wind speed profile fitting curve of Typhoon Fitow with value B calculated by Willoughby’s method

a. 09:00 on October 1；b. 21:00 on October 1；c. 09:00 on October 2；d. 21:00 on October 2；e. 09:00 on October 3；f. 21:00 on October 3

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图 8 台风“菲特”Vickery B值计算法风速剖面拟合曲线

a. 10月01日09时；b. 10月01日21时；c. 10月02日09时；d. 10月02日21时；e. 10月03日09时；f. 10月03日21时

Fig. 8 Wind speed profile fitting curve of Typhoon Fitow with value B calculated by Vickery’s method

a. 09:00 on October 1；b. 21:00 on October 1；c. 09:00 on October 2；d. 21:00 on October 2；e. 09:00 on October 3；f. 21:00 on October 3

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表 1 台风“珊瑚”结构参数对比

Tab. 1 Comparison of structural parameters of Typhoon Sanvu

日期	时间	中心纬度		中心经度		最大风速/m·s⁻¹		最大风速半径/km		B值
日期	时间	SM	JTWC	SM	JTWC	SM	JTWC	SM	JTWC	W	V
5月23日	09:00	17.20°N	17.10°N	140.90°E	140.10°E	26.1	29.6	46	46	1.484	1.402
5月23日	21:00	18.71°N	18.55°N	139.20°E	139.20°E	31.2	30.8	45	42	1.587	1.388
5月24日	09:00	20.27°N	20.30°N	138.80°E	138.90°E	32.8	32.1	48	46	1.627	1.351
5月24日	21:00	21.95°N	21.85°N	139.10°E	139.00°E	36.0	37.3	48	46	1.697	1.329
5月25日	09:00	23.40°N	23.30°N	139.70°E	139.70°E	38.0	39.8	41	46	1.749	1.350
5月26日	20:00	26.52°N	26.45°N	144.40°E	144.55°E	27.5	28.3	50	51	1.588	1.259
注：SM代表海洋二号散射计数据，W表示Willoughby B值计算法，V表示Vickery B值计算法。

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表 2 台风“珊瑚”风圈半径对比

Tab. 2 Comparison of wind radii of Typhoon Sanvu

日期	时间	34 kt风圈半径/km			50 kt风圈半径/km
日期	时间	W	V	JTWC	W	V	JTWC
5月23日	09:00	135	144	162	54	54	51
5月23日	21:00	162	194	181	86	94	65
5月24日	09:00	179	234	182	99	115	70
5月24日	21:00	192	281	205	111	141	93
5月25日	09:00	168	255	207	101	131	79
5月26日	20:00	149	197	218	71	78	83
注：W表示Willoughby B值计算法的风圈半径，V表示Vickery B值计算法的风圈半径。

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表 3 台风“菲特”结构参数对比

Tab. 3 Comparison of structural parameters of Typhoon Fitow

日期	时间	中心纬度		中心经度		最大风速/m·s⁻¹		最大风速半径/km		B值
日期	时间	SM	JTWC	SM	JTWC	SM	JTWC	SM	JTWC	W	V
10月1日	09:00	15.60°N	15.60°N	131.20°E	131.40°E	25.0	25.7	60	65	1.444	1.345
10月1日	21:00	17.30°N	17.30°N	130.30°E	130.50°E	29.1	28.3	58	56	1.531	1.334
10月2日	09:00	18.67°N	18.60°N	129.90°E	129.90°E	30.0	30.8	52	56	1.562	1.350
10月2日	21:00	19.81°N	19.80°N	129.50°E	129.50°E	31.8	30.8	57	56	1.600	1.307
10月3日	09:00	20.89°N	20.90°N	129.70°E	129.70°E	36.0	36.0	60	56	1.680	1.276
10月3日	21:00	21.90°N	21.90°N	129.90°E	129.90°E	38.5	41.1	40	31	1.745	1.375
注：SM代表海洋二号散射计数据，W表示Willoughby B值计算法，V表示Vickery B值计算法。

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表 4 台风“菲特”风圈对比

Tab. 4 Comparison of wind radii of Typhoon Fitow

日期	时间	34 kt风圈/km			50 kt风圈/km
日期	时间	W	V	JTWC	W	V	JTWC
10月1日	09:00	168	182	130
10月1日	21:00	196	234	153	97	105	65
10月2日	09:00	180	218	176	92	101	74
10月2日	21:00	208	278	218	112	131	97
10月3日	09:00	243	378	273	141	185	120
10月3日	21:00	168	248	292	101	131	120
注：W表示Willoughby B值计算法的风圈半径，V表示Vickery B值计算法的风圈半径。

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表 5 2012−2017年间14个台风风圈的RMSE

Tab. 5 RMSE of 14 typhoons’ wind radii between 2012 and 2017

编号	名称	景数	RMSE/km
编号	名称	景数	34 kt W	34 kt V	50 kt W	50 ktV
201203	玛娃	2	17.1	39.6	13.7	20.6
201209	苏拉	4	28.5	50.6	18.6	24.2
201307	苏力	2	31.7	38.9	12.2	17.9
201319	天兔	3	51.8	75.2	5.5	8.5
201320	帕布	3	32.7	24.2	13.2	7.6
201324	丹娜丝	2	13.0	20.4	11.1	15.4
201325	百合	2	25.6	50.8	17.9	24.4
201410	麦德姆	2	20.1	38.7	13.7	22.3
201418	巴蓬	3	15.5	104.1	10.4	28.7
201507	白海豚	7	29.5	34.7	20.0	22.2
201509	灿鸿	6	19.6	51.9	15.1	33.3
201521	杜鹃	2	29.9	43.5	6.5	27.3
201623	米雷	4	31.8	54.2	19.7	27.8
201709	纳沙	3	12.0	45.5	8.3	21.4
注：34 kt W、34 kt V、50 kt W、50 kt V分别表示Willoughby B值计算法与Vickery B值计算法获取的风圈半径的34 kt风圈与50 kt风圈的RMSE。

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表 6 2012−2017年间14个台风风圈的MAE

Tab. 6 MAE of 14 typhoons’ wind radii between 2012 and 2017

编号	名称	景数	MAE/km
编号	名称	景数	34 kt W	34 kt V	50 kt W	50 kt V
201203	玛娃	2	16.3	37.3	11.8	18.6
201209	苏拉	4	24.0	45.8	16.5	22.0
201307	苏力	2	24.6	32.5	9.7	13.1
201319	天兔	3	44.8	65.7	5.5	8.5
201320	帕布	3	31.6	23.7	12.8	6.4
201324	丹娜丝	2	12.0	18.3	9.1	12.9
201325	百合	2	24.7	40.1	17.4	21.2
201410	麦德姆	2	19.3	29.4	12.2	20.0
201418	巴蓬	3	13.2	99.3	9.7	27.1
201507	白海豚	7	23.5	26.5	13.8	15.3
201509	灿鸿	6	16.3	47.1	13.7	31.7
201521	杜鹃	2	25.8	36.7	5.5	25.6
201623	米雷	4	26.4	42.4	15.4	22.4
201709	纳沙	3	8.7	44.2	7.0	20.6
注：34 kt W、34 kt V、50 kt W、50 kt V分别表示Willoughby B值计算法与Vickery B值计算法获取的风圈半径的34 kt风圈与50 kt风圈的MAE。

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