劉思琦，林文明*，王志雄，郎姝燕

( 1. 南京信息工程大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210044；2. 國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心，北京 100081；3. 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室（廣州），廣東 廣州 511458)

1 引言

熱帶氣旋是一種形成于熱帶或副熱帶洋面上的低氣壓天氣系統(tǒng)，通常伴有強風(fēng)、暴雨和巨浪等惡劣天氣或海洋現(xiàn)象，一旦侵入沿海區(qū)域會造成嚴(yán)重的財產(chǎn)損失和人員傷亡。熱帶氣旋災(zāi)害的影響程度主要取決于氣旋強度、移動路徑以及承災(zāi)體的脆弱性，因此，實時準(zhǔn)確的熱帶氣旋中心位置和強度信息對于防災(zāi)、減災(zāi)具有重要的意義。當(dāng)前，國內(nèi)外已經(jīng)構(gòu)建了地面雷達(dá)、無人機或有人機以及遙感衛(wèi)星相結(jié)合的熱帶氣旋監(jiān)測體系。其中，衛(wèi)星遙感作為一種大范圍動態(tài)監(jiān)測手段，是同時獲取熱帶氣旋中心位置和強度信息最有效的手段。

過去數(shù)10年，研究人員利用氣象衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)對強熱帶氣旋、特別是臺風(fēng)的中心定位開展了大量的研究。例如，喬文峰[1]提出一種基于灰色預(yù)測和活動輪廓模型的臺風(fēng)中心定位方案，可以有效確定臺風(fēng)的中心位置。蔣眾民[2]對臺風(fēng)以及風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)的特點進行了分析，并利用深度學(xué)習(xí)模型對有眼臺風(fēng)進行中心定位，可以有效地識別不同形態(tài)臺風(fēng)的中心位置。龐君如等[3]通過提取衛(wèi)星云圖紋理的特征參數(shù)、構(gòu)建并求解臺風(fēng)中心定位最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)的方法，實現(xiàn)了不同類型臺風(fēng)中心的準(zhǔn)確定位。劉佳和王旭東[4]首先基于氣象衛(wèi)星時間序列遙感圖像計算了云導(dǎo)風(fēng)的風(fēng)場，進而利用密度矩陣計算臺風(fēng)的中心位置。這些方法雖然能夠有效識別臺風(fēng)的中心位置，但對云紋理特征不規(guī)則、強度較弱的熱帶氣旋的定位精度較低。此外，由于氣象衛(wèi)星的云導(dǎo)風(fēng)數(shù)據(jù)反映的是云頂高度附近的風(fēng)場，與距海面10 m處的風(fēng)場具有較大的差異，因此，研究人員較少使用氣象衛(wèi)星云圖開展熱帶氣旋定強研究。

星載微波散射計具有全天時、全天候的監(jiān)測能力，并且通常具有1000 km以上的觀測刈幅，是目前海面風(fēng)場監(jiān)測最主要的技術(shù)手段。特別地，國內(nèi)外在軌運行衛(wèi)星散射計的數(shù)量迅速增加，初步形成了虛擬衛(wèi)星散射計星座，可實現(xiàn)對同一海面區(qū)域的高頻次覆蓋。因此，衛(wèi)星散射計數(shù)據(jù)在熱帶氣旋定位、定強方面具有很大的應(yīng)用潛力。Jaiswal等[5]使用印度Oceansat-2散射計高分辨數(shù)據(jù)開展了臺風(fēng)研究。Hu等[6]直接利用散射計的風(fēng)速和風(fēng)向信息，開發(fā)了一種熱帶氣旋中心自動定位算法，能有效識別強熱帶氣旋的中心位置。趙勇等[7]利用HY-2A散射計數(shù)據(jù)進行臺風(fēng)“蘇力”的海表面風(fēng)場結(jié)構(gòu)的研究，基于臺風(fēng)風(fēng)場分解原理實現(xiàn)臺風(fēng)中心定位。但這些方法未能充分挖掘臺風(fēng)散度場和旋度場的幾何分布規(guī)律，從而未能進一步實現(xiàn)臺風(fēng)中心的精準(zhǔn)定位。Dickey等[8]對夏威夷島西側(cè)氣旋進行了研究，描述了QuikSCAT渦旋速度場的典型幾何特征。王曉霞等[9]對比了高風(fēng)速閾值渦度場定位法和高風(fēng)速閾值復(fù)合場定位法兩種不同的臺風(fēng)中心定位算法，指出高風(fēng)速閾值復(fù)合場定位法具有更好的定位精度。在熱帶氣旋強度研究方面，人們常用最大風(fēng)速半徑描述熱帶氣旋的強度范圍，盡管它不足以描述完整的風(fēng)場結(jié)構(gòu)。Lee等[10]基于QuikSCAT海面風(fēng)場數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了位于西北太平洋和北大西洋海域內(nèi)的臺風(fēng)在其發(fā)展期間往往保持著相同的尺度大小。楊典等[11]提出了一種基于散射計風(fēng)場數(shù)據(jù)的臺風(fēng)定強方法，通過計算臺風(fēng)所在海區(qū)的海表面風(fēng)速平均值來消除高風(fēng)速所造成的誤差。

本文在國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，首先分析了衛(wèi)星散射計海面風(fēng)場的散度和旋度特征，提出一種新的基于衛(wèi)星散射計數(shù)據(jù)的熱帶氣旋定位方法，進而估計熱帶氣旋中心附近17 m/s風(fēng)圈的大小，以實現(xiàn)氣旋中心位置及強度范圍監(jiān)測。

2 數(shù)據(jù)與研究案例

當(dāng)前業(yè)務(wù)化運行的衛(wèi)星散射計主要有兩種，分別是Ku波段筆形波束掃描散射計（如中國HY-2系列衛(wèi)星散射計）和C波段固定扇形波束散射計（歐洲Metop系列衛(wèi)星散射計）。本文主要利用HY-2B散射計（HSCAT）海面風(fēng)場數(shù)據(jù)開展熱帶氣旋定位、定強研究，并使用歐洲Metop衛(wèi)星搭載的先進散射計（ASCAT）對下面章節(jié)提出的算法進行普適性驗證。HSCAT和ASCAT風(fēng)場數(shù)據(jù)都是經(jīng)過業(yè)務(wù)化處理的二級（L2B）地球物理數(shù)據(jù)產(chǎn)品，網(wǎng)格分辨率分別是25 km×25 km和12.5 km×12.5 km；數(shù)據(jù)產(chǎn)品均包括監(jiān)測時間、各觀測點的經(jīng)緯度、風(fēng)速以及風(fēng)向等參數(shù)。此外，為了評估衛(wèi)星散射計在熱帶氣旋定位、定強中是否具有獨特的優(yōu)勢，選取歐洲中期天氣預(yù)報中心（ECMWF）的預(yù)報風(fēng)場數(shù)據(jù)作為對比數(shù)據(jù)。HSCAT和ASCAT的L2B風(fēng)場產(chǎn)品均有時空匹配好的ECMWF預(yù)報風(fēng)場數(shù)據(jù)。最后，使用中國氣象局熱帶氣旋資料中心提供的最佳路徑數(shù)據(jù)對熱帶氣旋中心定位的結(jié)果進行驗證。最佳路徑數(shù)據(jù)集記錄了發(fā)生在西北太平洋海域上熱帶氣旋發(fā)生的時間（間隔6 h）、中心位置、最大風(fēng)速和最低氣壓等關(guān)鍵信息。

案例研究的主要目的是驗證熱帶氣旋定位、定強方法的有效性，因此案例選取遵循如下原則：首先，散射計觀測刈幅需完全覆蓋熱帶氣旋的中心區(qū)域，因為氣旋的中心位置如果不在散射計的觀測范圍之內(nèi)，無法直接利用散射計風(fēng)場進行中心定位；其次，同一個熱帶氣旋的生命周期內(nèi)，散射計要盡可能多地對其進行重復(fù)觀測。最終選取1908號臺風(fēng)“范斯高”和1921號臺風(fēng)“博羅依”作為研究案例。圖1是最佳路徑數(shù)據(jù)集給出的臺風(fēng)“范斯高”和“博羅依”中心位置軌跡。

HSCAT分別于2019年8月3日15時、8月4日16時、8月5日4時以及8月5日16時觀測到了臺風(fēng)“范斯高”完整的海面風(fēng)場，如圖2所示。

圖2 HSCAT觀測的臺風(fēng)“范斯高”風(fēng)場Fig. 2 Wind field of Typhoon Francisco observed by HSCAT

同時，本文選取了4景能夠較完整呈現(xiàn)“博羅依”臺風(fēng)結(jié)構(gòu)的HSCAT海面風(fēng)場數(shù)據(jù)，具體時間為2019年10月21日4時、10月22日4時、10月22日15時、10月24日5時，如圖3所示。

圖3 HSCAT觀測的臺風(fēng)“博羅依”風(fēng)場Fig. 3 Wind field of Typhoon Bualoi observed by HSCAT

3 研究方法

3.1 預(yù)處理

衛(wèi)星散射計L2B數(shù)據(jù)是按照刈幅網(wǎng)格組織的，風(fēng)場網(wǎng)格單元在順軌方向和交軌方向等間隔分布，間距為25 km或12.5 km。為了方便計算，需要把風(fēng)矢量分解成交軌方向和順軌方向兩個分量 (uc,va)。散射計各觀測點上風(fēng)速和風(fēng)向分別記作W、φ，那么把（W,φ）轉(zhuǎn)換為 (uc,va)的具體算法如下：首先，把風(fēng)矢量分解成沿緯向和沿經(jīng)向的兩個分量(u,v)：

其次，利用坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)，由方向向量 (u,v) 得 到 (uc,va)：

式中，α為刈幅傾斜角[12]。以下所有計算都是基于風(fēng)場的順軌方向和交軌方向兩個分量 (uc,va)，故忽略下標(biāo)c、a。

本文熱帶氣旋中心定位使用的基本特征參數(shù)是風(fēng)場的散度和旋度。根據(jù)亥姆霍茲定理[13]，散度（div）和旋度（curl）可用來表征矢量場的全部特征，分別由下列公式計算。

式中，?為直角坐標(biāo)系下的哈密頓算符。實際計算過程需要選擇一個合適的差分方法以代替微分。本文基于一階差分方法[14]，對其改進并應(yīng)用于散度和旋度的計算中。

式中，xi、yi(i=0, 1)分別為橫軸和縱軸方向的格點序號；fij(i,j=0, 1)為相應(yīng)格點的值；d(···)表示相鄰風(fēng)矢量單元之間的距離，約等于25 km（HSCAT）或12.5 km（ASCAT）。

需要注意的是，衛(wèi)星散射計直接測量的物理量是海面毛細(xì)波粗糙度調(diào)制的雷達(dá)后向散射信號的強度，而海面粗糙度是由風(fēng)應(yīng)力驅(qū)動的。因此，散射計遙感的海面風(fēng)場本質(zhì)上是風(fēng)應(yīng)力的一種等效表示形式[15]。直接利用風(fēng)場分量 (uc,va)計算的散度和旋度不能完全表征海面與大氣間的相互作用，下面先把風(fēng)速轉(zhuǎn)換成風(fēng)應(yīng)力，再利用風(fēng)應(yīng)力場的散度和旋度開展熱帶氣旋定位定強研究。風(fēng)應(yīng)力的計算公式為

式中，ρa=1.223kg/m3為 空氣密度；CD為拖曳系數(shù)；為風(fēng)矢量。這里使用Large和Pond[16]的模型計算拖曳系數(shù)。風(fēng)應(yīng)力場的旋轉(zhuǎn)分量在海面形成Ekman輸送，輻散分量對海洋表層海水有直接的驅(qū)動作用，因此能夠有效表征海氣相互過程，是一種具有廣泛應(yīng)用潛力的特征參數(shù)。

3.2 熱帶氣旋中心定位方法

基于預(yù)處理的HSCAT海面風(fēng)場數(shù)據(jù)，首先計算得到風(fēng)應(yīng)力分量、風(fēng)應(yīng)力散度、風(fēng)應(yīng)力旋度等參數(shù)。然后，利用傳統(tǒng)的直接定位法和本文提出的幾何法兩種氣旋中心定位方法分別計算臺風(fēng)中心位置；最后，將ASCAT散射計海面風(fēng)場數(shù)據(jù)、ECMWF模式數(shù)據(jù)、最佳路徑數(shù)據(jù)集作為對比數(shù)據(jù)，進行結(jié)果分析?？偧夹g(shù)路線如圖4所示。

圖4 熱帶氣旋中心定位的技術(shù)路線Fig. 4 Technical process for locating tropical cyclone center

3.2.1 直接定位法

直接定位法為一種直接利用風(fēng)場特征參量的極值進行定位的方法。發(fā)生在西北太平洋的熱帶氣旋，其風(fēng)場通常呈逆時針輻合。因此，理論上散度場在氣旋中心存在負(fù)的極小值、旋度場在氣旋中心存在正的極大值。趙勇等[7]計算了風(fēng)矢量的散度、旋度，并通過二者乘積得到復(fù)合場（DC，式（9）），最后利用復(fù)合場來實現(xiàn)臺風(fēng)中心定位。

本文則首先根據(jù) (uc,va)得到順軌方向和交軌方向的兩個風(fēng)應(yīng)力分量：小值；并且二者的極值關(guān)于氣旋中心呈現(xiàn)中心對稱。

然后再直接搜索風(fēng)應(yīng)力散度場和復(fù)合場中的最小值、旋度場中的最大值來實現(xiàn)臺風(fēng)中心定位（即直接定位法），結(jié)果如圖5所示。

圖5 直接定位法定位臺風(fēng)中心位置Fig. 5 Typhoon center’s location by locating directlya. 風(fēng)矢量場；b. 散度場；c. 旋度場；d. 復(fù)合場a. Wind stress component; b. divergence field; c. curl field; d. DC field

3.2.2 幾何定位法

幾何定位法是一種利用風(fēng)場特征參量的空間幾何分布特點進行定位的方法。圖6表示沿著氣旋中心的經(jīng)向，風(fēng)應(yīng)力τc分量在中心點兩側(cè)分別存在一個極大值和一個極小值；沿著氣旋中心的緯向，風(fēng)應(yīng)力τa分量在中心點兩側(cè)分別存在一個極大值和一個極圖7說明氣旋中心附近的風(fēng)應(yīng)力散度和旋度展示出區(qū)別于其他海氣作用現(xiàn)象的幾何特征：存在一對正散度/旋度區(qū)和一對負(fù)散度/旋度區(qū)，二者皆關(guān)于氣旋中心呈中心對稱分布。對于散度場，其負(fù)值區(qū)的流體將做輻合運動，表示為氣旋風(fēng)場區(qū)域的“匯”；正值區(qū)的流體將做輻散運動，表示為氣旋風(fēng)場區(qū)域的“源”。而正負(fù)區(qū)域的成對出現(xiàn)，一定程度上反映了氣旋風(fēng)場結(jié)構(gòu)的通量守恒。對于旋度場，本文所考慮的是絕對渦度的垂直分量，其與氣柱高度h的比值為常數(shù)，即滿足位渦守恒定理，公式為

圖6 風(fēng)應(yīng)力分量等值線分布Fig. 6 Contour of wind stress component

圖7 風(fēng)應(yīng)力散度（a）和旋度（b）等值線分布Fig. 7 Contour of divergence (a) and curl (b) of wind stress

由連續(xù)方程可知，水平散度與垂直運動密切相關(guān)，公式為

若海面的垂直速度為0，則當(dāng)大氣底層有水平輻合時，便有垂直上升運動產(chǎn)生，即旋度大于0；而當(dāng)有水平輻散時，則有垂直下沉運動，即旋度小于0[17]。因此，旋度場的幾何特征與散度場的類似，都存在著一對正值區(qū)和一對負(fù)值區(qū)。

因此，可以利用上述風(fēng)場特征參量的幾何分布特性進行氣旋中心定位。若使用的是風(fēng)應(yīng)力場的分量，通過搜索一定區(qū)域內(nèi)（閾值設(shè)為150 km）成對出現(xiàn)的風(fēng)應(yīng)力分量的最大值和最小值，將二者連線交點作為氣旋中心。若使用的是風(fēng)應(yīng)力場的散度和旋度，則搜索一定區(qū)域內(nèi)（閾值設(shè)為150 km）兩個局部最大值和兩個局部最小值，將局部最大值連線和局部最小值連線的交點作為氣旋中心。定位結(jié)果如圖8所示。

圖8 利用風(fēng)場特征參數(shù)的空間幾何特征定位熱帶氣旋中心Fig. 8 Tropical cyclone center locating by wind field characteristic parameters’ spatial geometric signaturesa. 風(fēng)應(yīng)力分量；b. 散度場；c. 旋度場；d. 定位結(jié)果顯示，風(fēng)應(yīng)力分量(綠色三角)、散度(紅色矩形)、旋度(藍(lán)色圓形)、最佳路徑插值數(shù)據(jù)(黃色十字)a. Wind stress component; b. divergence field; c. curl field; d. the location results show, wind stress component (green triangle),divergence (red rectangle), curl (blue circle), data interpolated through the best track dataset (yellow cross)

3.3 熱帶氣旋定強方法

熱帶氣旋的強度大小通常被定義為最外層閉合等壓線的平均半徑（ROCI）和17 m/s風(fēng)圈半徑（R17），而Merrill[18]發(fā)現(xiàn)，ROCI會隨季節(jié)和地區(qū)變化且與熱帶氣旋強度的相關(guān)性較弱。由此，本節(jié)選用R17來反映氣旋的結(jié)構(gòu)特征和強度大小，并提出一種計算熱帶氣旋17 m/s風(fēng)圈半徑尺度的方法。具體而言，首先以3.2節(jié)定位的氣旋中心為準(zhǔn)，將空間劃分為24個方位，如圖9a所示；其次，通過空間雙線性插值獲取每個方位線上一系列等間隔點上的風(fēng)速，繪制各方位角風(fēng)速隨距離變化的風(fēng)剖面曲線（圖9b），進而提取各方位上的17 m/s風(fēng)圈半徑di(i=1,2,···,24)；最后，得出計算公式為

圖9 計算17 m/s風(fēng)圈半徑方法Fig. 9 The method of calculating the 17 m/s wind radiia. 24個有效方位；b. 海面風(fēng)速剖面示例a. 24 effective azimuths; b. example diagram of sea surface wind speed profile

并用R17表征該時刻熱帶氣旋的尺度大小。實際的風(fēng)剖面曲線中，在風(fēng)暴邊緣向內(nèi)到最大風(fēng)速位置之間可能存在多個17 m/s風(fēng)速，此時，使用距離中心位置最近的17 m/s風(fēng)速對應(yīng)的距離作為該方位上的di。

針對HSCAT在2019年8月3?5日和10月21?24日兩時間段內(nèi)觀測的臺風(fēng)“范斯高” “博羅依”的圖像，計算得到臺風(fēng)中心到17 m/s等值風(fēng)圈的平均距離（圖10，圖11），并分別將二者與4個時刻散射計的最大風(fēng)速和最佳路徑的最大風(fēng)速對比，結(jié)果見表1和表2。

觀察表1和表2中HSCAT最大風(fēng)速、最佳路徑最大風(fēng)速和最低氣壓的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)HSCAT最大風(fēng)速與后兩者的相關(guān)性較差，主要原因有：首先，強熱帶氣旋往往伴隨著強降雨，這對Ku波段散射計海面風(fēng)場的質(zhì)量影響較大，即降雨率越大、散射計風(fēng)場誤差就越大；其次，散射計海面風(fēng)場反演須使用若干個不同方位角測量的雷達(dá)后向散射系數(shù)，不同方位觀測的時間間隔最長可達(dá)4 min，而最佳路徑最大風(fēng)速表征的是2 min持續(xù)的風(fēng)速，因此散射計觀測與最佳路徑的時間尺度不一樣。相反地，HSCATR17變化的趨勢則與最佳路徑最大風(fēng)速的變化趨勢基本一致、與最低氣壓的變化趨勢基本相反，說明散射計的R17值能夠更好地表征氣旋的影響強度和范圍。

4 結(jié)果與討論

利用第3節(jié)的方法對HSCAT在2019年8月3?5日和10月21?24日期間的觀測數(shù)據(jù)進行處理，獲取臺風(fēng)“范斯高”和“博羅依”的中心位置。圖2和圖3中每一幅圖像均與中國氣象局熱帶氣旋資料中心發(fā)布的最佳路徑數(shù)據(jù)集相匹配，即利用線性插值方法，使用相鄰兩時刻所記錄的氣旋中心的參數(shù)，來確定該時刻氣旋的中心位置。最后，計算散射計氣旋中心位置與最佳路徑數(shù)據(jù)之間的距離D1。為了驗證結(jié)果的可靠性，采用同樣的方法對同期的ECMWF模式數(shù)據(jù)進行處理，得到結(jié)果D2，如表3所示。

根據(jù)表3的計算結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：

表3 基于HSCAT數(shù)據(jù)的臺風(fēng)“范斯高”和臺風(fēng)“博羅依”中心位置對比（單位：km）Table 3 The center locations of Typhoon Francisco and Typhoon Bualoi based on HSCAT (unit: km)

（1）對于直接定位法，利用復(fù)合場求解的臺風(fēng)中心與最佳路徑數(shù)據(jù)之間的差異通常小于利用散度場和旋度場的求解結(jié)果。

（2）相比于直接定位法，無論是HSCAT海面風(fēng)場數(shù)據(jù)還是ECMWF模式數(shù)據(jù)，使用幾何定位法求解出的臺風(fēng)中心位置多數(shù)情況下更加精準(zhǔn)。

（3）8月3日15時的臺風(fēng)“范斯高”以及10月21日4時的臺風(fēng)“博羅依”仍處于生成階段，風(fēng)場結(jié)構(gòu)尚未發(fā)展成熟，導(dǎo)致定位精度較差。而在其他3個時刻，應(yīng)用幾何定位法的求解結(jié)果與最佳路徑數(shù)據(jù)之間的差異在大多數(shù)情況下在25 km之內(nèi)，即小于HSCAT海面風(fēng)場數(shù)據(jù)的空間分辨率。這說明幾何定位法突破了網(wǎng)格的空間分辨率的限制，從而使定位更加精準(zhǔn)。

（4）對比D1和D2，可以發(fā)現(xiàn)利用ECMWF模式數(shù)據(jù)得到的臺風(fēng)位置有時更加“精確”，當(dāng)應(yīng)用幾何定位法求解時，此種差異尤為明顯。產(chǎn)生差異的原因主要有：最佳路徑數(shù)據(jù)是由數(shù)值天氣預(yù)報模式再分析處理得到的，它與ECMWF模式數(shù)據(jù)之間可能存在較大的相關(guān)性。在臺風(fēng)發(fā)展后期，ECMWF模式通過同化全球衛(wèi)星數(shù)據(jù)和各種觀測數(shù)據(jù)，其預(yù)報結(jié)果已經(jīng)與真實的結(jié)果非常接近。ECMWF模式數(shù)據(jù)源于數(shù)值模型，具有數(shù)據(jù)平滑的特點，所表現(xiàn)的風(fēng)應(yīng)力分量、散度場和旋度場在臺風(fēng)中心處關(guān)于臺風(fēng)中心相當(dāng)對稱，因而與幾何中心定位法更加契合。最后，HSCAT的網(wǎng)格分辨率為25 km，而ECMWF數(shù)據(jù)是由網(wǎng)格分辨率為0.125°的模式風(fēng)場插值到HSCAT的網(wǎng)格上，本質(zhì)上具有更高的網(wǎng)格分辨率。

為了進一步闡明基于ECMWF模式數(shù)據(jù)與HSCAT海面風(fēng)場數(shù)據(jù)所得到的定位結(jié)果之間存在偏差的原因，利用空間網(wǎng)格分辨率為12.5 km的ASCAT散射計海面風(fēng)場數(shù)據(jù)及其匹配好的ECMWF數(shù)據(jù)重復(fù)表3的實驗，結(jié)果如表4。需要注意的是，ASCAT二級產(chǎn)品中的ECMWF數(shù)據(jù)是由網(wǎng)格分辨率為0.5625°的模式風(fēng)場插值到ASCAT的網(wǎng)格上得到的。

表4 基于ASCAT數(shù)據(jù)的臺風(fēng)“范斯高”和臺風(fēng)“博羅依”中心位置對比（單位：km）Table 4 The center locations of Typhoon Francisco and Typhoon Bualoi based on ASCAT (unit: km)

可以發(fā)現(xiàn)，此時的ECMWF模式數(shù)據(jù)未表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性，而基于ASCAT散射計數(shù)據(jù)的定位結(jié)果大多更加準(zhǔn)確。由此說明數(shù)據(jù)空間分辨率是引起定位結(jié)果存在偏差的部分原因。

5 結(jié)論和展望

本文在過去研究人員利用散射計風(fēng)矢量、散度和旋度等物理參數(shù)對臺風(fēng)進行中心定位的基礎(chǔ)上，提出了一種基于風(fēng)應(yīng)力場及其散度、旋度的幾何特征進行熱帶氣旋中心定位的幾何定位方法。以2019年的臺風(fēng)“范斯高”和臺風(fēng)“博羅依”為例，對HY-2B散射計觀測數(shù)據(jù)進行分析處理，定位結(jié)果與中國氣象局熱帶氣旋資料中心的最佳路徑數(shù)據(jù)相比，二者間的差異較小，表明該方法可以精準(zhǔn)定位臺風(fēng)中心。在確定臺風(fēng)中心位置之后，將氣旋中心到17 m/s等值風(fēng)圈半徑的平均距離（R17）作為熱帶氣旋強度的指示因子。通過對比前后時刻氣旋的中心位置和平均半徑大小，反映出氣旋的移動和強度變化，一定程度上可以用來分析和預(yù)測氣旋的路徑與強度變化，這對于提升熱帶氣旋遙感監(jiān)測技術(shù)和防災(zāi)能力具有重要作用。

下一步我們將在目前研究的基礎(chǔ)上，對強度較小的熱帶氣旋進行定位、定強處理，驗證本文方法在熱帶低壓、熱帶風(fēng)暴等條件下的精度。同時，將該方法推廣至目前國內(nèi)外在軌運行的所有衛(wèi)星散射計，充分利用現(xiàn)有的虛擬衛(wèi)星散射計星座，提高熱帶氣旋定位、定強的監(jiān)測能力。

致謝：本文使用的HY-2B散射計數(shù)據(jù)由國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心提供；ASCAT近海岸風(fēng)場數(shù)據(jù)由歐洲氣象衛(wèi)星組織（EUMETSAT）海洋與海冰衛(wèi)星應(yīng)用設(shè)施（OSI SAF）提供；最佳路徑數(shù)據(jù)從中國氣象局熱帶氣旋資料中心下載（http://tcdata.typhoon.org.cn/），在此表示感謝。