卫星资料在台风定量监测分析中的应用进展.pptx
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,卫星资料在台风定量监测分析中的业务应用进展,国家气象中心,主要内容,业务应用情况存在问题下一步工作,台风监测业务卫星应用的基本思路,进一步强化台风监测分析业务的客观技术支撑,发展卫星监测的定量客观分析方法台风强度估计台风中心位置确定台风风雨精细信息的获取多通道资料的融合应用台风环境诊断产品,基于静止气象卫星资料的台风强度客观估计,基于台风定强Dvorak技术分析流程,通过计算机识别,提取台风云型特征(台风眼、螺旋云带等)、云顶温度、眼区温度、中心密闭云区等与台风强度变化有关的卫星云图特征因子,实现了基于FY2系列和MTSAT系列静止气象卫星的台风强度客观估计。
系统具有处理所有FY2系列和MTSAT系列静止气象卫星数据的业务能力FY2C/D/E/F红外通道1的全圆盘展宽图像数据(CSV格式)MTSAT-1/2红外通道1的全圆盘HRIT数据(SVS格式)MTSAT-1/2气红外通道1的全圆盘标称图像文件(HDF格式),
(1)台风云系特征型态分析,根据TBB资料,确定台风眼区和对流云区温度,通过快速傅里叶转换,计算对流云区的对称度和台风眼的标准差,确定台风云系的特征型态。
形态分析确定风眼和对流云区温度以执行快速傅里叶转换分析风眼和对流云区计算对流云区的对称度和风眼标准偏差数值推导风眼和对流云区形态得分(基于环境分析参数),从得分确定形态类型,云团形态,切变型,弯曲云带型,不规则中心密云型,嵌入中心型,中心密云型,风眼形态,风眼型,大风眼型,针孔型,
(2)计算台风现时强度指数初估值,根据台风云系的特征型态,按台风云系型态的强度分类进行分析,得到台风现时强度指数(CI)的初估值。
(3)计算台风现时强度指数最终值,限制规则、约束条件和调整规则应用(包括:
眼调整规则、带状特征调整规则、现时强度指数(CI)确定限制规则和约束条件等)根据云顶温度、眼区温度,修正台风现时强度指数(CI)初估值,(4)确定台风中心风速和气压台风现时强度指数(CI)与台风中心最大风速的经验关系应用台风风压关系应用,台风名称(编号)鲇鱼(1013)梅花(1109)纳沙(1117),台风强度客观估计误差统计表,台风强度客观估计系统业务应用,超强台风“海燕”强度客观估计结果(2013年11月7日12时),台风业务定强的定量分析技术支撑2010和2011年台风强度估计平均误差为7-15hPa,基本与美国水平相当F尤Y其2对D、达F到Y超2E强和台F风Y级2F别定的标极基端本台与风M,T估S计A结T卫果星基一本与致飞,机尤观其测是一F致Y2F,1013号台风“鲇鱼”(超强台风级)BD增强红外云图(左),彩色增强红外云图(右)2010年10月17日20时,1330号台风“海燕”(超强台风级)BD增强红外云图(左),彩色增强红外云图(右)2013年11月7日17时,“鲇鱼”与“海燕”业务定强比较,“鲇鱼”ADT强度指数CI:
7.2综合强度指数CI:
7.5眼区温度:
14.7C眼区周围平均温度:
-78.6C“海燕”ADT强度指数CI:
7.8综合强度指数CI:
8.0眼区温度:
18.3C眼区周围平均温度:
-82.9C,“鲇鱼”业务定强结果:
72m/s,895hPa“海燕”业务定强结果:
75m/s,890hPa,基于静止气象卫星资料的台风客观定位分析,利用数学形态学、图像处理及智能信息处理等理论技术,建立了基于MTSAT卫星云图资料的台风客观定位系统具备处理MTSAT红外和可见光云图的业务能力提供了台风定位业务的定量分析技术支撑与业务定位相比,2011年系统客观定位平均误差为5-20公里,基本与世界各台风业务中心的业务定位精度相当,u,基于静止气象卫星资料的台风客观定位分析流程
(1),确定初始猜测位置(First-guessposition)采用灰色系统预测方法,取前几帧图像的中心点,预测当前帧的中心点,作为初始点,以便后续定位。
灰色预测是通过原始数据处理和灰色模型建立,发现掌握系统发展规律,对系统未来状态做出科学预测。
灰色系统是指部分信息已知、部分信息未知的小样本的不确定性系统。
GM(1,1)表示1阶的1个变量的模型,设X0为非负序列X0x(0
(1),x0
(2),.,x0(n),,0(i),kx1,2,.,n;,1,kX1为X0的一次累加序列:
X1x(1
(1),x1
(2),.,x1(n),其中x1(k)i1,若aa,bT为参数列,且Y,x0(3)Z1(3)1,B,x,Z1为X1的紧邻均值生成序列:
Z1z1
(1),z1
(2),.,z1(n),其中z1(k)1(x1(k)x1(k),k,2,.,n,2称x0(k)az1(k)b为GM(1,1)的基本形式。
x0
(2)Z1
(2)1,,,0(n)Z1(n)1则GM(1,1)模型x0(k)az1(k)b的最小二乘估计参数列满足:
ak,aa,bT(BTB)1BYT,可得预测公式:
(0),x(k1)(1ea)x(0)
(1)ea,=螺旋线,其中,和=矢量和的幅度,=矢量和之间小的夹角,=包含矢量和的平面的垂直单位向量,和分别为温度梯度和螺旋矢量域,当两向量之间的夹角是90的时候,“叉乘”的结果最大。
基于静止气象卫星资料的台风客观定位分析流程
(2),螺旋线中心定位:
SC(SpiralCentering),SC通过分析图像云顶温度梯度和不同分析区域内中心点的5log螺旋线矢量的最大准线来得到台风中心点。
5log螺旋线表达式为:
其中,=从源点(SC分析中心)出发的半径距离,=从源点出发到螺旋线初始点的距离,在点处切向和径向的夹角,=从x轴出发的角度。
SC算法通过“叉乘”运算:
其中,=矢量和之间小的夹角,是环上具体某一点的温度梯度矢量,是从中心点到在当前分析点的环的“位置”单位矢量。
当这两个矢量方向相同时,角度为0,“点乘”结果最大。
此过程在一个从中心位置对应到螺旋分析的中心点的半径0.75的圆上分析。
基于静止气象卫星资料的台风客观定位分析流程(3),小尺度定位:
RF(RingFitting)RF分析方法在增强的螺旋分析中心点(SC方法得到的中心点)周围搜索,在一个定义为眼墙的小环形区域内得到最强梯度。
RF对每一个独立的环上的每一个点以及中心点的梯度域的“点乘”的加和,得到表明确定的中心点和TC眼墙大小的加和的最大值。
“点乘”表达式为:
台风名称(编号)梅花(1109)纳沙(1117),台风中心位置客观估计误差统计表,台风大风反演方法建立,利用MTSAT卫星TBB资料、ECMWF细网格资料10米风场、台风风速经验廓线和台风实时定位信息,建立了基于MTSAT卫星TBB资料的台风大风反演方法,台风风速廓线,台风大风反演方法改进
(一)采用Cressman插值方法,将地面常规气象观测(包括我国台湾地区及国外测站)、地面自动站加密观测、浮标、船舶以及ASCAT风场等多源资料与基于TBB资料的反演风场结果融合,台风大风反演方法改进
(二),在整个台风环流范围内,严格了台风风速经验廓线关系中最大风速半径的限制,克服了风场反演结果在台风外围出现反演风速偏大的问题,特别是台风登陆前后。
台风大风反演方法改进(三),经过多源观测资料融合订正和台风风速经验廓线关系控制订正后,反演的台风风场分布具有如下:
风速径向分布兼顾了云顶亮温变化和台风风速经验廓线;风速分布具有与云型大致吻合的非对称结构;风速最大值与台风业务定强一致;在较大风速的地面测站站点上,反演风速与观测风速一致,台风降雨客观估计产品业务应用,预报员可以方便实时调阅FY2E卫星的1小时降雨估计产品,以了解台风降雨的分布和变化,为台风强降雨预报提供参考。
1109号超强台风“梅花”FY2E气象卫星1小时降雨估计演变7月28日20时至8月4日20时,1213号台风“启德”FY-2F红外1通道与降水估计叠加图2012.08.1616:
00-19:
42,1213号台风“启德”FY-3B微波成像仪降水反演产品与可见光图像2012.08.1613:
30,FY融合海温产品,FY台风热能产品,台风环境诊断分析产品的业务应用,为台风强度变化预报提供支持,FY融合海温产品,FY台风暖心结构分析,水汽增强图和云导风的叠加,云导风和导风散度场,水汽增强图和云导风散度,水汽增强图和位涡的叠加,卫星云导风物理量诊断产品,T,se,us,er,A,yl,Mamon,ga,in,ut,ed,0,rPC-1,0,AMSUChannel8AnomalyMagnitude,美国利用极轨卫星客观估计台风强度,卫星资料在台风海洋气象监测中的客观定量应用能力与国外先进水平仍存在较大的差距,尤其表现在对极轨卫星的客观定量分析应用能力以及极轨卫星资料在业务中的应用及时性方面,AMSU-AChanel8TbAnomalyvsReconDel-P,美国综合应用静止和极轨卫星的台风强度估计SATelliteCONsensus(SATCON),CIMSSAMSU,CIRAAMSU,强度客观估计(ADT),SATCON,Source:
DerrickHerndonandChrisVelden,静止气象卫星,极轨气象卫星,极轨气象卫星,SATCONMSLP,SATCONVmax,0.3,-1.0,5.2,7.2,6.4,8.3,1999-2010SATCONcomparedtooperationalDvorak(Atlantic),Dependentsample.Vmaxvalidationinknotsvs.BT.MSLPvalidationinhPavs.recon.Neg.bias=methodwastooweak.DvorakisaverageofTAFBandSABestimates,美国融合应用多种卫星资料的台风大风风场分析产品QuickscatAscatIRinferredwindsMid-levelsatellitewindsAMSUderived-700hPawindsurfacewind,卫星资料的综合集成应用能力与国外存在较大的差距,USNavyResearchLab,美国海军卫星应用网页,低层辐合高层辐散,环境垂直切变,引导气流,卫星资料反演产品的多样性和图像表现处理能力与国外先进水平差距较大,下一步工作
(一),大风反演方法改进在台风不同方位大风圈分析的业务试用2014年,中央气象台将开展的台风不同方位大风圈分析业务基于改进后的风场反演结果,研发台风不同方位7/10/12级风圈产品,为台风大风圈分析业务提供客观定量分析技术支持,下一步工作
(二),FY2卫星台风强度客观估计系统与客观定位系统的完善与改进(2014-2015年)基于多源资料融合的台风大风反演方法继续改进及业务应用(2014-2015年)国内外极轨卫星资料客观定量分析应用(2016年)台风三维风场反演定位定强分析基于地面观测和卫星业务定强的台风风压关系研发及业务应用(2016年以后)基于即将发射的新一代静止及极轨卫星的台风客观定量分析应用(2017年以后)FY2G、FY4光学卫星,敬请指导!
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- 卫星 资料 台风 定量 监测 分析 中的 应用 进展