提高星载微波资料在热带气旋强度估测精度上的研究

Being lack of accurate current intensity observations, tropical cyclone (TC) intensity forecast performance has improved little over the past decades in the world. Through theoretical hydrostatic equilibrium, TCs upper-tropospheric warm anomaly is roughly proportional to the descent of sea-level pressure. By using Space-borne microwave data in recent 10 years, this project is to establish a database in monitoring Northwest Pacific TCs with microwave sounding units, summarize the characteristics of TCs warm anomaly, height and horizontal scale, and build up a statistical model to estimate TCs intensity. By evaluating the statistical model with validation TC cases, the important factors that affect estimation accuracy and error correction parameters will be found out. After analyzing the characteristics of TCs warm anomalies in Northwest Pacific, the sensitivity of microwave sounding units' spectral performance parameters and scan geometric features to the warm anomalies, and the effects of physical mechanism of TCs precipitation and hydrometeors on the sounding units' observations, a physical forward model will be developed to simulate the effects of radiometric accuracy and initial constraints on the structure of TCs warm anomaly, and further complete the warm core microwave radiation acquisition, therefore, perfect the statistical model. This project is aim to seek for an innovation theoretical method and technical approach to enhance the TCs intensity estimation accuracy, and the relative achievements will provide scientific fundamentals for the application of Space-borne microwave technique, as well as firm the foundation on the development of civil FY-3 series satellite microwave resources.

目前，国内外在热带气旋（Tropical Cyclone，简称TC）强度预报领域发展缓慢，很重要的一点原因在于缺乏精确的强度初估值。根据TC中心海平面气压的降低同TC中高层暖异常之间的理论关系，本项目拟利用近10年来的国内外星载微波资料，分析西北太平洋TC暖核强度、高度和水平尺度等背景特征，建立估测TC强度的统计模型。通过样本检验和模型评估，准确提取出影响估测精度的因子和重要的误差订正参数。在此基础上，从西北太平洋TC 暖核结构特征、探测仪器光谱性能参数和观测几何条件、降水对上行微波辐射影响的物理机制等角度出发，构建探测TC暖核的前向模式，设计出更完整捕获暖核辐射信息的研究算法，进一步完善统计模型。本项目旨在探寻一种提高TC强度估测精度的理论创新方法和实用技术途径，相关成果将为星载微波遥感技术的实际应用提供科学依据，同时也为国内FY-3星载微波资源的开发奠定基础。

为了给TC提供相对准确的强度初估值，从而提高对TC强度的预报精度。本项目拟利用国内外星载微波遥感数据，探寻一种提高TC强度估测精度的研究算法，建立估测西北太平洋TC强度模型。首先，概括了近40年来国内外星载微波遥感仪器的研制及其在TC强度估测领域的研究进展，并展望该领域未来的发展方向；综合利用包括2002~2006年NOAA-16~18、2009~2014年FY-3A~3C在内的主被动星载微波遥感资料、TC最佳路径数据集、NCEP/NCAR再分析资料等不同数据源，建立近10年星载微波资源监测西北太平洋TC数据库，包括137个TC的676个监测样本（183个AMSU-A、351个MWTS和142个MWTS-2样本），对不同纬度区间、强度等级和发展阶段的TC暖核强度特征进行统计分析；接下来，重点针对国内FY-3微波遥感仪器，开展主要探测通道对TC环境中云雨粒子敏感性试验，建立FY-3C/MWTS-2探测TC暖核的前向模式，利用变分方法分析仪器观测误差、TC暖核水平尺度等参数对暖核探测精度的影响，从主要探测通道权重函数峰值分布、扫描角度订正、TC强降水和冰相粒子影响修正等角度出发，设计出4种提高对TC暖核辐射探测精度的研究算法，通过分析比较不同算法应用效果，建立最优组合方案，同TC中心强度之间的统计相关系数和均方根误差较修正前分别提高13.8%和18.8%，并在此基础上建立估测西北太平洋TC强度模型。相关成果将为星载微波遥感资源在TC监测中的实际应用提供新的科学思路和创新方法，同时也为国内FY-3微波资源的开发奠定科学基础。