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多源卫星热带气旋强度和结构遥感及其应用

朱自强  
【摘要】:本文利用2015年4月到2019年12月257个热带气旋的土壤湿度主动/被动(Soil Moisture Active Passive,SMAP)卫星L波段被动微波辐射计风场和2015年5月到2020年10月118个热带气旋的Sentinel-1A/B(S1-A/B)和RADARSAT-2(RS-2)主动合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)风场,发展了计算台风强度和结构参数(34、50和64 kt的风圈半径,以下称R34、R50和R64)的技术方法,并将计算结果与最佳路径数据进行了比较,验证了计算结果的准确性。SMAP辐射计提取的R34、R50和R64与最佳路径数据的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别为57.8、40.4和31.6 km;SAR分别为40.1、30.5和30.2 km。SMAP辐射计提取的最大风速与最佳路径数据的偏差和RMSE分别为-0.2 m/s和5.8 m/s,SAR分别为4.4 m/s和9.1 m/s。卫星风场提取参数与最佳路径数据的差异可能与传感器空间平均作用、刈幅宽度、最佳路径数据本身固有不确定度以及卫星数据与最佳路径数据对于强度参数的不同定义有关。以台风Lionrock为例,本文发现SMAP辐射计和SAR协同观测可以比单一卫星提取得到更加准确和全面的台风结构和强度参数;SMAP辐射计和SAR的多时相风场观测清楚显示了台风Noru的演变过程,导出的最大风速在变化趋势上与最佳路径数据相似,并展示出与海表面温度(Sea Surface Temperature,SST)的良好对应关系。这说明主被动微波遥感多源卫星协同观测对台风参数提取、动态监测、业务应用和科学研究都具有应用价值。本文利用104幅SAR观测风场,考虑更充分的影响因素(强度、移动速度、环境垂直风切变和纬度),建立了台风非对称参数风场模型发展的技术路线,构建了台风非对称参数化风场模型。该模型能够模拟台风风场的方位向不对称特征;相比对称模型和简单考虑移动速度的不对称台风模型,该模型的径向风廓线模拟结果更加接近SAR和机载步进频率微波辐射计(Stepped Frequency Microwave Radiometer,SFMR)的实际观测。该模型可以在缺少和存在先验风场观测两种情况下使用,在缺少先验风场观测条件下适用于小范围台风案例分析,存在先验风场观测时对台风风场的模拟优于传统对称台风模型和简单考虑移动速度的不对称模型。该模型具备进一步提升和发展的潜力,能够更好适应台风相关领域的科学研究和业务化需求。


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