基于微波散射计海面风场资料的热带气旋强风圈提取方法与优化

论文摘要

台风（热带气旋）是全球发生频率最高、危害最严重的灾害之一。中国位于西北太平洋沿岸,东南部拥有绵长的海岸线,是世界上少数几个遭受台风影响最严重的国家之一,每年因台风袭击造成上百亿人民币的损失。其中,强风圈是指示台风大风区范围的关键参数。它以台风中心为圆点,不同等级的平均风速对应的平均半径即该等级风速的风圈半径,风圈半径能够直观的反映台风的影响范围。本文提出了一种基于微波散射计海面风场资料的热带气旋强风圈提取方法。以国产海洋卫星（HY-2A）微波散射计风场产品为主,首先生成海面风场图,然后基于风场图提取台风中心经纬度、台风近中心最大风速、台风最大风速半径等主要台风结构信息参数。并将上述参数分别代入Willoughby与Vickery两种台风形状系数模型以获取对应的台风形状系数,并结合Holland风场模型,拟合台风风速剖面曲线,提取台风风圈半径信息。最后,利用该方法对台风“珊瑚”、“菲特”、“灿鸿”的34 kt与50 kt风圈半径进行提取,结果表明:以Willoughby模型为基础,计算得到的台风形状系数对应的Holland风圈半径更为准确,34 kt风圈半径平均RMSE为25.38 km,MAE为19.83 km;50 kt风圈半径平均RMSE为20.52 km,MAE为18.33 km。由于Willoughby与Vickery两种模型及其他主要的台风形状系数模型都不是专门针对西北太平洋热带气旋构建,因此直接用于拟合西北太平洋热带气旋的台风形状系数过程中会存在一定的误差。本文针对西北太平洋地区,以JTWC最佳路径数据集中的参数为基础,进行了台风形状系数拟合实验,提出4个拟合度较高的优化模型,并将其与Willoughby模型进行对比。通过选取2012年至2017年间共16个台风为例,验证优化模型的反演精度,结果表明:本文提出的优化模型计算得到的风圈半径比Willoughby模型精度更高,即对应的台风形状系数精度更高。其中,最优模型的34 kt风圈半径总平均RMSE为29.62 km,总平均MAE为25.90 km;50 kt风圈半径总平均RMSE为19.20 km,总平均MAE为18.29 km。本研究为提取西北太平洋地区的台风风圈提供了新思路。

论文目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 基于浮标测量资料的台风风圈研究

1.2.2 基于航空观测资料的台风风圈研究

1.2.3 基于数值统计资料的台风风圈研究

1.2.4 基于卫星遥感资料的台风风圈研究

1.2.5 存在的问题

1.3 研究内容和总体设计

2 数据产品与风场模型原理

2.1 微波散射计风场产品

2.1.1 微波散射计观测原理

2.1.2 微波散射计风场产品

2.2 最佳路径数据集

2.3 台风风场模型

2.3.1 气压-半径模型

2.3.2 风速-半径模型

2.3.3 Holland风场模型

2.4 典型台风案例

2.4.1 2012 年02 号台风“珊瑚”

2.4.2 2013 年23 号台风“菲特”

2.4.3 2015 年09 号台风“灿鸿”

3 基于微波散射计海面风场资料的台风风剖面信息提取

3.1 技术流程

3.2 实例研究

3.2.1 “珊瑚”风剖面信息提取

3.2.2 “菲特”风剖面信息提取

3.2.3 “灿鸿”风剖面信息提取

3.3 精度评价

3.3.1 最佳路径数据集匹配

3.3.2 精度评价方法

3.3.3 “珊瑚”风圈信息精度评价

3.3.4 “菲特”风圈信息精度评价

3.3.5 “灿鸿”风圈信息精度评价

3.3.6 总体评价结果

3.4 误差分析与讨论

4 台风形状系数优化模型

4.1 技术流程

4.2 台风形状系数优化模型构建

4.2.1 样本选取

4.2.2 优化模型构建

4.3 应用实例

4.3.1 台风“珊瑚”

4.3.2 台风“菲特”

4.3.3 台风“灿鸿”

4.4 精度评价结果与讨论

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张路

导师: 胡潭高

关键词: 微波散射计,热带气旋,风圈半径,风场模型,台风形状系数

来源: 杭州师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 杭州师范大学

分类号: P444

总页数: 77

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