[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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Velden et al.1991；Bankert and Tag2002；Brueske and Velden2003)、观测范围广(相比飞机侦测，如Griffin et al.1992；Wu et al.2005；Aberson et al.2006)、能够覆盖海洋和人烟稀少的地区(相比地基雷达，如Corbosiero et al.2005；2006；May et al.2008；Yuand Cheng2008)的优点，至今仍是监测和预报台风强度最有效的手段(Velden et al.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年代术(Sadler1964；Fritz et al.1966；Hubert and Timchalk1969)。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，Velden et al.1998)以及后续的改进型客观Dvorak技术(AODT；Olander et al.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；Olander and Velden2007)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(Velden et al.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(Chao et al.2011)，评估红外云标志(infrared cloud signature)轴对称水平的“偏向角方差”(deviation-angle-variance)技术(et al.2010)及其改进型版本(Ritchie et al.2012)。Jaiswal et al.(2012)利用飓风卫星(hurricane satellite，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。Olander and Velden(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(Tb_WV-IRW)为正的像素点数。他们认为正Tb_WV-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。本发明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。

发明内容