基于主被动微波传感器观测资料的热带气旋风圈识别方法技术

本发明专利技术提供了一种基于主被动微波传感器联合观测资料的热带气旋风圈识别方法，包括读取主被动微波传感器观测的指定热带气旋二维风场数据；获取指定热带气旋的最佳路径数据，确定各风场观测时刻对应的热带气旋中心经纬度，并提取以热带气旋中心经纬度为中心的给定范围内的二维风场数据；计算观测风场对应的热带气旋中心经纬度为中心的四地理象限内的给定风速阈值的等值线，识别强风圈信息；根据二维风场数据识别观测风场内最大风速像元点，输出最大风速半径值。本发明专利技术结合多源微波遥感数据优势，有效提高对台风风场观测的时空分辨率，监测一个台风长时间序列的海面风场结构，从而准确获取热带气旋长时间序列的风圈结构信息。信息。信息。

【技术实现步骤摘要】
基于主被动微波传感器观测资料的热带气旋风圈识别方法


[0001]本专利技术涉及热带气旋强风圈识别
，具体涉及一种基于主被动微波传感器联合观测资料的热带气旋风圈识别方法。

技术介绍

[0002]西北太平洋热带气旋(即台风)是世界各海域热带气旋中强度最大、最频发、致灾能力最强、变化最为复杂的热带气旋，在其登陆期间可以引发风暴潮和强降雨等自然灾害现象。台风风场结构参数包括最大风速半径(the radius of maximum wind， RMW)和台风中心周围四个地理象限的风圈半径，分别为七级风圈半径(radii ofgale
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force winds，34kt，1kt＝0.514m/s，R34)，十级风圈半径(radii of destructivewinds，50kt，R50)，十二级风圈半径(radii of hurricane
‑
force winds，64kt，R64)。获取准确的风圈信息，对于监测、预报以及评估台风灾害的影响范围和程度至关重要，并且可以为数值模拟、波浪预测、风速概率等应用提供初始条件。
[0003]目前已经发展了许多技术来测量或者估计台风的风场结构参数。我国的现场观测数据(地基多普勒雷达、沿海自动站、浮标)是估计风圈半径的重要手段。然而这些现场观测并不是经常可用的，通常只能对近海几十到一百多公里以内的范围进行观测，并且存在观测环境和质量不均一，站点稀少等问题。一些国家主要依靠飞机侦察对海上的热带气旋进行观测，但是飞机侦察数据在北大西洋地区以外很少能得到。由于热带气旋现场观测资料的缺失，卫星遥感观测技术成为估算风圈半径的主要手段。
[0004]可用于直接估算台风风圈半径的卫星数据包括从星载散射计、辐射计和合成孔径雷达反演得到的二维海面风场数据。其中Ku波段的QuikSCAT等卫星散射计能够测量完整的热带气旋海面风场，然而由于其信号受降雨影响较大以及在高风速情况下信号会饱和，因此无法准确提供大多数热带气旋眼壁区域的最大风速，但是其对于分析热带气旋的外围风圈半径相对准确(例如R34)。
[0005]因此，如何提供一种基于主被动微波传感器联合观测资料的热带气旋强风圈识别方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术基于主被动微波传感器联合观测资料，通过计算获得热带气旋七级风圈、十级风圈、十二级风圈和最大风速半径。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于主被动微波传感器联合观测资料的热带气旋风圈识别方法，包括如下步骤：
[0009]读取主被动微波传感器观测的指定热带气旋二维风场数据；
[0010]获取指定热带气旋的最佳路径数据，确定各风场观测时刻对应的热带气旋中心经纬度，并从指定热带气旋二维风场数据中提取以热带气旋中心经纬度为中心的给定范围内
的二维风场数据；
[0011]根据二维风场数据计算观测风场对应的热带气旋中心经纬度为中心的四地理象限内的给定风速阈值的等值线，根据等值线的条数和对应方位角的覆盖范围识别强风圈信息；根据二维风场数据识别观测风场内最大风速像元点，根据最大风速像元点与等值线分布的位置关系输出最大风速半径值。
[0012]优选的，主被动微波传感器包括被动的星载微波辐射计和主动的星载合成孔径雷达。
[0013]优选的，所述二维风场数据包括对应范围内的经纬度数据和风速数据。
[0014]优选的：提取以热带气旋中心经纬度为中心的给定范围内的二维风场数据之后还包括排除给定区域范围内的异常最大风速值。
[0015]优选的，以当前观测风场的热带气旋中心经纬度为圆心，计算给定半径范围内观测到的有效热带气旋风速数据个数占整个范围内总数据个数的百分比作为权重因子；对于权重因子大于给定数值的二维风场数据计算风场的强风圈信息、最大风速半径和最大风速；权重因子小于给定数值的二维风场数据仅提取强风圈信息。
[0016]优选的，所述强风圈信息包括七级风圈信息、十级风圈信息和十二级风圈信息。
[0017]优选的，当观测风场的强度在给定阈值范围内时，当前观测风场的二维风场数据用于识别七级和十级风圈信息；当观测风场的强度大于给定阈值的时候，当前观测风场的二维风场数据用于识别七级、十级和十二级风圈信息。
[0018]优选的，识别强风圈信息的具体步骤包括：
[0019]以当前观测风场对应的热带气旋中心经纬度为中心将整个观测风场划分四个地理象限；
[0020]设置七级风圈的风速阈值，十级风圈的风速阈值，以及十二级风圈的风速阈值；
[0021]分别计算观测风场四个地理象限内风速为七级风圈的风速阈值/十级风圈的风速阈值/十二级风圈的风速阈值的等值线：若某个象限内的等值线条数大于0，则计算该象限内每条等值线上所有像元相较于热带气旋中心的最大方位角和最小方位角的差值，即为对应等值线的方位角覆盖范围，根据方位角覆盖范围最大的等值线计算当前象限的对应七级风圈信息/十级风圈信息/十二级风圈信息。
[0022]优选的，若等值线的方位角覆盖范围大于给定值，则计算热带气旋中心到该方位角覆盖范围最大的等值线上各个像元点的距离，取距离值的累积分布值作为当前象限的对应七级风圈值/十级风圈值/十二级风圈值输出。
[0023]优选的，输出最大风速半径值的具体步骤包括：
[0024]根据当前观测风场的二维风速数组，识别观测风场的最大风速值；
[0025]计算热带气旋中心与该最大风速值像元点的距离；
[0026]在整个风场范围内计算比当前最大风速值小于给定值的风速等值线；
[0027]判断当前最大风速值像元点的位置是否在其中一个风速等值线的分布范围内，若是，则将该最大风速值像元点与气旋中心连线的距离值输出为最大风速半径值。
[0028]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0029]本专利技术采用的L波段的星载微波辐射计比Ku波段的散射计更不易受到降雨影响，其亮温观测值在强降雨条件下也不会达到饱和，因此可以在强热带气旋条件下提供准确的
海面风场观测。与星载微波辐射计相比，星载合成孔径雷达具有更高的分辨率，并且同样可以提供极端天气条件情况下热带气旋海面风场的精确测量。主被动微波遥感仪器的协同观测在监测热带气旋的强度和结构变化上具有优势。
[0030]利用了多个星载微波辐射计(AMSR
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2和SMAP)和合成孔径雷达 (Sentinel
‑
1A/B和RADARSAT
‑
2)的联合观测资料，可以结合多源微波遥感数据优势，有效提高对台风风场观测的时空分辨率，监测一个台风长时间序列的海面风场结构，从而准确获取热带气旋长时间序列的风圈结构信息，不仅可以用于构建历史台风风圈信息数据库，也为台风的精确模拟、预报以及防灾减灾奠定基础。
附图说明
[0031]为了更清本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于主被动微波传感器联合观测资料的热带气旋风圈识别方法，其特征在于，包括如下步骤：读取主被动微波传感器观测的指定热带气旋二维风场数据；获取指定热带气旋的最佳路径数据，确定各风场观测时刻对应的热带气旋中心经纬度，并从指定热带气旋二维风场数据中提取以热带气旋中心经纬度为中心的给定范围内的二维风场数据；根据二维风场数据计算观测风场对应的热带气旋中心经纬度为中心的四地理象限内的给定风速阈值的等值线，根据等值线的条数和对应方位角的覆盖范围识别强风圈信息；根据二维风场数据识别观测风场内最大风速像元点，根据最大风速像元点与等值线分布的位置关系输出最大风速半径值。2.根据权利要求1所述的基于主被动微波传感器联合观测资料的热带气旋风圈识别方法，其特征在于，主被动微波传感器包括被动的星载微波辐射计和主动的星载合成孔径雷达。3.根据权利要求1所述的基于主被动微波传感器联合观测资料的热带气旋风圈识别方法，其特征在于，所述二维风场数据包括对应范围内的经纬度数据和风速数据。4.根据权利要求1所述的基于主被动微波传感器联合观测资料的热带气旋风圈识别方法，其特征在于：提取以热带气旋中心经纬度为中心的给定范围内的二维风场数据之后还包括排除给定区域范围内的异常最大风速值。5.根据权利要求1所述的基于主被动微波传感器联合观测资料的热带气旋风圈识别方法，其特征在于，以当前观测风场的热带气旋中心经纬度为圆心，计算给定半径范围内观测到的有效热带气旋风速数据个数占整个范围内总数据个数的百分比作为权重因子；对于权重因子大于给定数值的二维风场数据计算风场的强风圈信息、最大风速半径和最大风速；权重因子小于给定数值的二维风场数据仅提取强风圈信息。6.根据权利要求1所述的基于主被动微波传感器联合观测资料的热带气旋风圈识别方法，其特征在于，所述强风圈信息包括七级风圈信息、十级风圈信息和十二级风圈信息。7.根据权利要求6所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙梓曜，汤杰，
申请(专利权)人：中国气象局上海台风研究所上海市气象科学研究所，
类型：发明
国别省市：