基于Sentinel-1的SAR台风风场反演研究
发布时间：2020-09-14 10:24
台风是一种剧烈的海气相互作用过程,其发生过程往往伴随着大风和降雨过程,会给登陆地区造成严重的气象灾害和生命财产损失。因此,对台风的监测和预报就显得尤为重要。传统的监测方法包括浮标、海洋站和钻井平台等。但这些观测手段难以实现大范围的同步观测。散射计、辐射计、高度计和合成孔径雷达(SAR)等卫星微波载荷以其全天时、全天候和较宽的覆盖范围而成为台风监测的重要手段。然而散射计和辐射计的空间分辨率比较低,在近海岸数十公里范围内很难获取到风场;高度计只能对卫星天底点进行观测,缺少风向信息;与上述载荷相比,SAR具有较高的空间分辨率,能够获取精细的台风风场结构,在台风监测中具有独特的优势。Sentinel-1卫星系列包括sentinel-1A和sentinel-1B两颗C波段的SAR卫星。该卫星系列的干涉宽幅成像模式(IW)具有250公里的宽度覆盖范围和20米的空间分辨率。本文利用sentinel-1卫星的SAR数据对台风风场进行反演研究,分别采用LG法和FFT法对风向进行反演,风速的反演用的是CMOD4和CMOD5两种经验函数。在得到反演结果之后结合WindSat、ASCAT和HY-2A数据对反演结果进行分析比较,验证了 SAR用于台风风场反演的可行性。在将2015年24号台风巨爵的SAR图像风场反演结果与匹配到的ASCAT数据进行对比之后发现,FFT法获得的风向反演结果的均方根误差为31.26°,而局部梯度法(LG)的这一值为23.83°。结合前人研究成果可知,FFT方法适用于开阔大洋海域,本文中所使用的SAR图像大多位于近岸区域,因此后续台风反演实例中风向的反演均采用空间域的LG方法。巨爵台风的风速结果与ASCAT数据进行对比,ASCAT数据中最大风速值为36.2m/s,CMOD4函数反演结果最大风速值为28.07m/s,CMOD5函数反演结果的最大风速值为44.87m/s。CMOD4反演结果与ASCAT相比均方根误差为5.86m/s,而CMOD5的这一数值为4.09m/s。CMOD5函数对台风的反演效果较好,CMOD4整体精度较差,特别是在高风速区域(风速≥25m/s),CMOD4风速反演结果精度较差,存在着对风速的明显低估。对于2014年台风巴蓬、2016年台风鲇鱼和2017年台风苏拉也进行了风场的反演。这三个台风实例的反演采用的是LG法和CMOD5函数。将台风巴蓬的反演结果与WindSat进行比较。将台风苏拉的反演结果与国产的HY-2A数据进行了比较。而鲇鱼台风由于当天的ASCAT数据和WindSat数据的获取时间与SAR影像获取时间相差较大,没有进行对比。这几个台风实例的反演结果表明,基于LG法和CMOD5函数对SAR数据进行风场反演,能够较好的取得台风的风场信息。由于SAR具有很高的分辨率,反演结果还能够比较细致地刻画台风的结构。
【学位单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P444
【部分图文】：
台风（Ｓｕｐｅｒ邋Ｔｙｐｈｏｏｎ），最大风速＾１６级（２５１．０ｍ／ｓ）。低炜度的热带洋面是台风的发逡逑源地，台风源地主要有８个海区。在这其中，位于北半球的是北大西洋北部，西逡逑北太平洋，孟加拉湾和阿拉伯海，东北太平洋这５个海区。图１－１是２０１７年西逡逑太平洋地区台风路径图：逡逑１逡逑
＇ｆ逡逑图１－１邋２０１７年西北太平洋区域台风路径图，来源于日本气象厅热带气旋网逡逑（ｈｔｔｐ：／／ｓｈａｒａｋｕ．邋ｅｏｒｃ．邋ｊａｘａ．邋ｊｐ／ＴＹＰ＿ＤＢ／ｉｎｄｅｘ＿ｅ．邋ｓｈｔｍｌ）逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｔｙｐｈｏｏｎ邋ｔｒａｃｋｓ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋２０１７邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ邋ｐａｃｉｆｉｃ邋ｒｅｇｉｏｎ逡逑从图中可以看出，不同季节西北太平洋台风的路径具有不同的特点：在１－４逡逑月，没有在我国登陆的台风，台风路径最常见的情况是在北纬１０度以南向西移逡逑动，然后在马里亚纳海沟以西及吕宋岛以东洋面向偏北方向移动，最后转向偏东逡逑方移动，在这一时间段内南海海区很少有台风活动。５－６月这一时间段内台风路逡逑径最常见的情况是在北纬１０度到１５度之间向西移动，之后往冲绳群岛附近海面逡逑移向日本本州岛，另外一条路径进入南海北部海域。７－８月，这一时期是台风活逡逑动最频繁的时期，我国的沿海地区在这一时期均有收到台风登陆影响的可能。这逡逑一时期台风的路径显著北移。这一时期台风路径的另一主要分支转向经过冲绳群逡逑岛影响日本海域或者经过东海的东部海区从而影响朝向半岛地区。９－１０月这一时逡逑期的台风主要会影响我国的长江口以南地区。在这一时间段内台风路径最常见的逡逑情形是在北纬１５度至北炜２０度之间向西移动从而影响日本
数据的应用是非常广泛的。Ｓｅｎｔｉｎｅｌ－１卫星基础数据。该项观测计划能够在所有天气状种强大的观测能力能够使得ｓｅｎｔｉｎｅｌ－１卫区监测。而该卫星可提供交叉极化信息这分类有着很大的优势。Ｓｅｍｉｎｅｌ－１卫星X椙吭趾嗖狻⒖伞⒌刂始俺鞘泄婊料莘缦帐谌ㄓ没Ы芄患嗖庵饕暮皆寺废撸曰疃ぞ荩觳馕挥谄兜厍姆欠ńㄖ疃郏俊８梦佬堑目焖偈荽淠芰Γ隙探沟茫螅澹睿簦椋睿澹欤蔽佬窃谟庇τ梅矫娣⒒犹寤拢嗍鞯冉糇纯觥ｅ义
本文编号：2818061
【学位单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P444
【部分图文】：
台风（Ｓｕｐｅｒ邋Ｔｙｐｈｏｏｎ），最大风速＾１６级（２５１．０ｍ／ｓ）。低炜度的热带洋面是台风的发逡逑源地，台风源地主要有８个海区。在这其中，位于北半球的是北大西洋北部，西逡逑北太平洋，孟加拉湾和阿拉伯海，东北太平洋这５个海区。图１－１是２０１７年西逡逑太平洋地区台风路径图：逡逑１逡逑
＇ｆ逡逑图１－１邋２０１７年西北太平洋区域台风路径图，来源于日本气象厅热带气旋网逡逑（ｈｔｔｐ：／／ｓｈａｒａｋｕ．邋ｅｏｒｃ．邋ｊａｘａ．邋ｊｐ／ＴＹＰ＿ＤＢ／ｉｎｄｅｘ＿ｅ．邋ｓｈｔｍｌ）逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｔｙｐｈｏｏｎ邋ｔｒａｃｋｓ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋２０１７邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ邋ｐａｃｉｆｉｃ邋ｒｅｇｉｏｎ逡逑从图中可以看出，不同季节西北太平洋台风的路径具有不同的特点：在１－４逡逑月，没有在我国登陆的台风，台风路径最常见的情况是在北纬１０度以南向西移逡逑动，然后在马里亚纳海沟以西及吕宋岛以东洋面向偏北方向移动，最后转向偏东逡逑方移动，在这一时间段内南海海区很少有台风活动。５－６月这一时间段内台风路逡逑径最常见的情况是在北纬１０度到１５度之间向西移动，之后往冲绳群岛附近海面逡逑移向日本本州岛，另外一条路径进入南海北部海域。７－８月，这一时期是台风活逡逑动最频繁的时期，我国的沿海地区在这一时期均有收到台风登陆影响的可能。这逡逑一时期台风的路径显著北移。这一时期台风路径的另一主要分支转向经过冲绳群逡逑岛影响日本海域或者经过东海的东部海区从而影响朝向半岛地区。９－１０月这一时逡逑期的台风主要会影响我国的长江口以南地区。在这一时间段内台风路径最常见的逡逑情形是在北纬１５度至北炜２０度之间向西移动从而影响日本
数据的应用是非常广泛的。Ｓｅｎｔｉｎｅｌ－１卫星基础数据。该项观测计划能够在所有天气状种强大的观测能力能够使得ｓｅｎｔｉｎｅｌ－１卫区监测。而该卫星可提供交叉极化信息这分类有着很大的优势。Ｓｅｍｉｎｅｌ－１卫星X椙吭趾嗖狻⒖伞⒌刂始俺鞘泄婊料莘缦帐谌ㄓ没Ы芄患嗖庵饕暮皆寺废撸曰疃ぞ荩觳馕挥谄兜厍姆欠ńㄖ疃郏俊８梦佬堑目焖偈荽淠芰Γ隙探沟茫螅澹睿簦椋睿澹欤蔽佬窃谟庇τ梅矫娣⒒犹寤拢嗍鞯冉糇纯觥ｅ义
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