一种利用静止气象卫星图像估计西北太平洋热带气旋强度的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用静止气象卫星图像估计西北太平洋热带气旋强度的方法，其特征在于包含如下步骤：在等经纬度卫星云图提取台风内核区红外窗区亮温和水汽通道亮温信息；再利用这些亮温信息获取WIRA指数值；对获取的所有WIRA指数值进行求平均值运算，获取平均值μ，统计台风内核区WIRA指数处于[μ，μ+5]范围内相对应的总像素点数W；利用方程台风强度方程I＝985.474-0.033·W-2.391×10-5·W2获得台风强度。该方法能够最指示对流轴对称化水平的变化，也能将薄卷云、平流层水汽异常和穿透性对流排除在外，与台风的最佳路径强度具有很强的相关，因而使计算的台风强度更为准确。

【技术实现步骤摘要】
一种利用静止气象卫星图像估计西北太平洋热带气旋强度的方法
本专利技术涉及一种估计热带气旋强度的方法，尤其涉及一种利用静止气象卫星图像来估计热带气旋强度的方法，属于大气科学研究领域。
技术介绍
台风是最为严重的自然灾害，沿海及离海几百公里的内陆地区都可能受到其影响。实时监测台风的初生、发展和加强，能够保证及时做出应急响应和有效减少当地的经济损失和人员伤亡。静止气象卫星遥感由于具有时间分辨率高(相比极轨卫星的微波遥感，如Veldenetal.1991；BankertandTag2002；BrueskeandVelden2003)、观测范围广(相比飞机侦测，如Griffinetal.1992；Wuetal.2005；Abersonetal.2006)、能够覆盖海洋和人烟稀少的地区(相比地基雷达，如Corbosieroetal.2005；2006；Mayetal.2008；YuandCheng2008)的优点，至今仍是监测和预报台风强度最有效的手段(Veldenetal.2006)。利用卫星云图监测台风强度的历史可以追溯到上世纪60年代末(Sadler1964；Fritzetal.1966；HubertandTimchalk1969)。其后，Dvorak(1975，1984)总结了之前的研究，系统地提出了一个根据卫星云图信号估计台风强度的方法，这个方法被称作Dvorak技术(DT)。原始DT包含许多主观的规则，因此其最主要缺陷是识别精度依赖于台风预报员们的实践水平。数字Dvorak(DD)方法(Zehr1989)、客观Dvorak技术(ODT，Veldenetal.1998)以及后续的改进型客观Dvorak技术(AODT；Olanderetal.2002)逐步实现了计算机程序化，减少了原始DT方法的主观偏差。被认为是DT方法最新版本的改进型Dvorak技术(ADT；OlanderandVelden2007)在AODT方法基础上做了一些增加和修改。总体来说，这五个版本的DT方法估计台风强度时都基于可见光/红外云图的云形态和特征识别(Veldenetal.2006)。DT方法已经被广泛应用于世界各地的台风预报中心，但各中心采用DT方法时选择的规则和约束方案略有不同，这使得各中心在估计同一个台风强度时有可能出现有严重分歧的结果(见附图1)。例如，日本气象厅区域专业气象中心(RSMC)和美国联合台风警报中心(JTWC)估计的Xangsane(200615)强度最大偏差达到38hPa(RSMC估计2006年9月27日世界时18时的Xangsane强度为960hPa，而JTWC是922hPa)。即使是针对超强台风，估计的最大强度也会有分歧，以Jangmi(200815)为例，RSMC估计最强时的强度为905hPa，而JTWC为918hPa。这种分歧的存在警示我们：要想提高DT方法强度估计的能力和精度，定义更实用、明晰、被各家认可的指标显得非常必要。近些年，一些新的与静止卫星图像有关的台风强度指标得到了发展，比如有：台风雨带的旋转速度(Chaoetal.2011)，评估红外云标志(infraredcloudsignature)轴对称水平的“偏向角方差”(deviation-angle-variance)技术(etal.2010)及其改进型版本(Ritchieetal.2012)。Jaiswaletal.(2012)利用飓风卫星(hurricanesatellite，HURSAT)数据集建立了一个包含台风强度和对流特征信息的历史云图数据库，并使用图像匹配方法估计现有台风强度。OlanderandVelden(2009)将水汽(WV)通道和红外窗区(IRW)通道相减，计算WV-IRW图像上亮温(TbWV-IRW)为正的像素点数。他们认为正TbWV-IRW表明此处存在可以穿透到平流层的强对流，台风内核区的这个信号可用来估计强度。静止气象卫星IRW云图容易受卷云的干扰。另外，对于穿透性对流到底是不是台风强度标志，学界存在分歧。本专利技术的申请人在最近的实验中发现，在已经达到超强台风或飓风级别台风的内核区却很少观测到穿透性云顶，因此极力主张穿透性对流也是干扰静止气象卫星反演台风强度的因素。
技术实现思路
现有技术中由于无法排除卷云的干扰和对穿透性对流的作用认知不够，利用静止卫星和红外窗区(IRW)或水汽(WV)通道图像估计TC强度的精度在最近几年提高很慢。本专利技术所要解决的技术问题是提供一种评估方案，使其能够最大程度的将卷云、穿透性对流和其他对流区分开来，进而实现更为准确的热带气旋强度估计。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案包含如下步骤：步骤1：在等经纬度卫星云图上提取台风中心150km范围区域内所有像素点的红外窗区亮温TbIRW和水汽通道亮温TbWV信息；步骤2：将步骤1中提取的亮温信息数据代入方程求取WIRa指数值，所述方程中TbIRW为红外窗区亮温，所述方程中TbWV-IRW为水汽通道亮温TbWV减去红外窗区亮温TbIRW，所述方程中C1为180K；步骤3：将步骤2中获取的所有WIRa指数值进行求平均值运算，获取平均值μ，统计台风中心150km范围区域内在[μ，μ+5]范围内相对应的总像素点数W；步骤4：将步骤3中获得的总像素点数W代入方程I＝985.474-0.033·W-2.391×10-5·W2求取台风强度值，所述方程中I是台风强度。上述技术方案中还可以根据台风的不同情景类型做进一步优化改进，得到更为准确的台风强度。当所述台风为眼区情景类型时，将在上述技术方案中步骤4中获取的台风强度I代入方程Ifinal＝I-0.003231·I2+6.0251·I-2799.2612求取修正后台风强度，所述Ifinal是修正后台风强度。当所述台风为云区情景类型时，将在上述技术方案中步骤4中获取的台风强度I代入方程Ifinal＝I+0.003602·I2-7.2576·I+3654.3854求取修正后台风强度，所述Ifinal是修正后台风强度。当所述台风不是眼区情景类型和云区情景类型时，将在上述技术方案中步骤4中获取的台风强度I代入方程Ifinal＝I-0.006018·I2+10.9734·I-5001.043求取修正后台风强度，所述Ifinal是修正后台风强度。非眼区情景类型和云区情景类型主要是登陆或没有卫星观测两种情况。上述技术方案相较于现有技术有如下几个方面的优势：1.将一般深对流与卷云、平流层水汽异常、穿透性对流区分开。根据上述的技术方案，绘制成了台风内核区WIRa频率分布图(附图2)。深对流(和难分辨的厚卷云)集中在WIRa为0～10的区域。薄卷云(区域A)一般WIRa值较低，对流层顶卷云(区域C)、平流层水汽异常及穿透性对流(区域B和D)WIRa值一般会超过10。虽然在WIRa值等于0～10的区域也存在部分卷云或水汽，但这部分卷云和水汽的总频率不超过2％。2.WIRa很好地显示了台风强盛时趋于轴对称的表现。由附图3可知，WIRa近似满足正态分布，尽管不同台风、不同生命史阶段，分布曲线的形状有很大不同。在台风强盛阶段，所有WIRa值向平均值μ靠拢；台风生成或消散阶段，WIRa值偏离μ。3.我们的指标与台风强度的相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用静止气象卫星图像估计西北太平洋热带气旋强度的方法，其特征在于包含如下步骤：步骤1：在等经纬度卫星云图上提取台风中心150km范围区域内所有像素点的红外窗区亮温TbIRW和水汽通道亮温TbWV信息；步骤2：将步骤1中提取的亮温信息数据代入方程求取WIRA指数值，所述方程中TbIRW为红外窗区亮温，所述方程中TbWV为水汽通道亮温，所述方程中C1为180K；步骤3：将步骤2中获取的所有WIRA指数值进行求平均值运算，获取平均值μ，统计台风中心150km范围区域内在[μ，μ+5]范围内相对应的总像素点数W；步骤4：将步骤3中获得的总像素点数W代入方程I＝985.474‑0.033·W‑2.391×10‑5·W2求取台风强度值，所述方程中I是台风强度。

【技术特征摘要】
1.一种利用静止气象卫星图像估计西北太平洋热带气旋强度的方法，其特征在于包含如下步骤：步骤1：在等经纬度卫星云图上提取台风中心150km范围区域内所有像素点的红外窗区亮温TbIRW和水汽通道亮温TbWV信息；步骤2：将步骤1中提取的亮温信息数据代入方程求取WIRa指数值，所述方程中TbIRW为红外窗区亮温，所述方程中TbWV为水汽通道亮温，所述方程中C1为180K；步骤3：将步骤2中获取的所有WIRa指数值进行求平均值运算，获取平均值μ，统计台风中心150km范围区域内在[μ，μ+5]范围内相对应的总像素点数W；步骤4：将步骤3中获得的总像素点数W代入方程I＝985.474-0.033·W-2.391×10-5·W2求取台风强度值，所述方程中I是台风强度。2.如权利要求1所述的一种利用静止气象卫星图像估计西北太平洋热带气旋强度的方法，其特征在于当所述台风为眼区情景类型，则还包括步骤5，所述步骤5...

【专利技术属性】
技术研发人员：诸葛小勇，管健，郁凡，王元，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32