基于合成孔径雷达与数值模拟的台风浪研究

【摘要】：台风浪是热带气旋在移动过程中所产生具有巨大破坏力的海浪。为了缩小台风浪所引发的损失,对于台风浪进行实时、高精度、覆盖范围广的监测以及大范围的预测预报具有重大的意义。本文主要基于合成孔径雷达和数值模拟来研究台风浪,主要分为3个部分:第一部分基于双极化的Sentinel-1 SAR图像数据开发台风浪反演算法;第二部分为基于WW3海浪模式的海流对于台风浪数值模拟的影响研究;第三部分为基于WW3海浪模式的台风路径对于台风浪分布的影响分析。对于双极化的Sentinel-1 SAR图像数据的适用于台风浪反演算法开发,本文主要收集了8幅台(飓)风条件下的S-1双极化SAR图像以及WW3模式模拟结果,探究了SAR图像中提取的参数与有效波高之间的敏感性关系,进行新的CWAVE算法系数拟合,针对于不同的成像模式下的Sentinel-1 SAR数据,形成了两种不同的算法拟合系数,大大的提高了反演SAR台风图像有效波高的准确性。将反演结果与WW3模拟的有效波高和ECMWF的ERA-Interim有效波高数据进行对比。针对于WW3的有效波高中的均方根误差为0.3m,而与ECMWF的数据对比均方根误差为0.28m。对于基于WW3海浪模式的海流对于台风浪数值模拟的影响研究,使用WW3海浪模式分析了台风泰利时期台风浪与表层流场之间的相关性。发现有效波高与表层流场流速呈正相关,而与其他若干波浪参数(例如,谱峰波长和谱峰波速)之间没有任何相关性。而且当表层流场流速大于0.5 m/s时,表层流场的变化趋势也与有效波高和波陡率的变化一致。但是对于低于0.2 m/s的表层流场流速,很难得出任何明确的结论。风浪有效波高的高值区域与表层流速高值区域一致,而表层流场与涌浪之间的关系较弱。对于基于WW3海浪模式的台风路径对于台风浪分布的影响分析,通过WW3模型(5.16版)模拟的1998年至2017年期间的西北太平洋海浪信息,分析了1998-2017年期间台风路径对于西北太平洋台风浪分布影响。根据台风移动和转折点经度,将台风路径分为六类台风路径。通过分类的6种台风路径类时间来提取模拟的海浪参数分析表明,台风浪有效波高高值区域会随台风路径的西移发生相同移动。再进一步将海浪分成风浪与涌浪两个部分,发现台风路径主要影响海浪中的风浪分布。