不同觀測(cè)分辨率強(qiáng)臺(tái)風(fēng)云系的遙感特征

劉 健蔣建瑩

（國家衛(wèi)星氣象中心，北京100081）

不同觀測(cè)分辨率強(qiáng)臺(tái)風(fēng)云系的遙感特征

劉 ?。Y建瑩

（國家衛(wèi)星氣象中心，北京100081）

靜止氣象衛(wèi)星的快速區(qū)域掃描是監(jiān)測(cè)不同天氣過程的有利手段。以獲取的風(fēng)云靜止氣象衛(wèi)星快速區(qū)域掃描數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，選取2011年臺(tái)風(fēng)梅花（1109）及2012年臺(tái)風(fēng)?？?211）的觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用Hovmller分析圖、變異系數(shù)等參數(shù)，研究不同時(shí)空分辨率觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)臺(tái)風(fēng)云系結(jié)構(gòu)特征參數(shù)監(jiān)測(cè)的敏感性影響。分析結(jié)果表明：可見光通道10min觀測(cè)時(shí)間間隔配以1.25km空間分辨率可以很好地反映云系演變特征，在相同觀測(cè)時(shí)間分辨率條件下，降低空間分辨率會(huì)對(duì)云系結(jié)構(gòu)特征的提取有較大影響；在相同空間分辨率條件下，觀測(cè)時(shí)間分辨率的降低對(duì)云系結(jié)構(gòu)及演變特征的分析影響較??；基于變異系數(shù)的分析說明云像元特性在60min的觀測(cè)時(shí)間間隔下發(fā)生了較大變化，如果以60min為觀測(cè)時(shí)間間隔將會(huì)失去較多的云像元變化特征。水汽通道不同觀測(cè)時(shí)間的變異系數(shù)差值小于紅外通道1，說明云像元在紅外通道1的特性演變對(duì)觀測(cè)時(shí)間的敏感性高于水汽通道，提高觀測(cè)頻率可獲取更多的云像元紅外通道1的輻射特性。

分辨率；衛(wèi)星資料；強(qiáng)臺(tái)風(fēng)；云分析

引 言

云對(duì)地球與大氣間的能量平衡具有強(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作用。云性質(zhì)及其在不同空間和時(shí)間尺度上的變化對(duì)全球氣候變化和各種尺度的天氣系統(tǒng)影響不可忽視。不同云狀反映了不同的大氣狀況，如對(duì)流云的存在預(yù)示著可能發(fā)生降水或強(qiáng)對(duì)流天氣，反映了大氣不穩(wěn)定性；層積云的存在預(yù)示著大氣中存在干空氣逆溫層，因而對(duì)云的觀測(cè)有助于改善天氣預(yù)報(bào)精度。氣象衛(wèi)星因其具有較高的時(shí)間探測(cè)頻率優(yōu)勢(shì)，一直以來在天氣分析中發(fā)揮著重要作用［1－7］。對(duì)于快速變化的天氣系統(tǒng)，衛(wèi)星觀測(cè)的時(shí)間分辨率越高，越有助于捕捉到更多的云系變化特征信息。目前我國單顆靜止氣象衛(wèi)星的業(yè)務(wù)觀測(cè)時(shí)間間隔最短為30min，雙星觀測(cè)可達(dá)到15min。與傳統(tǒng)的60min時(shí)間分辨率的觀測(cè)相比，觀測(cè)頻率已有很大提高。但對(duì)于短臨天氣預(yù)報(bào)的需求還有差距，因此研制快速的區(qū)域掃描技術(shù)，獲取高時(shí)間分辨率觀測(cè)數(shù)據(jù)是必然的發(fā)展趨勢(shì)。

利用靜止氣象衛(wèi)星進(jìn)行快速區(qū)域掃描的工作主要來自美國、日本和歐盟。美國在20世紀(jì)70年代就開展了快速區(qū)域掃描觀測(cè)。Rodgers等［8］研究表明，高空間分辨率和高時(shí)間分辨率的觀測(cè)可獲取更多的圍繞颶風(fēng)的低層風(fēng)數(shù)據(jù)，假設(shè)颶風(fēng)周圍的低層云具有較短的生命史，而標(biāo)準(zhǔn)的15～30min的觀測(cè)時(shí)間間隔很難捕捉到其變化，因此分別利用SMA2衛(wèi)星7.5min的觀測(cè)時(shí)間間隔和GOES衛(wèi)星13min的觀測(cè)時(shí)間間隔獲取高層200hPa和低層900hPa的云跡風(fēng)風(fēng)場(chǎng)資料。與15min或30min的資料相比，SMA2衛(wèi)星7.5min的觀測(cè)時(shí)間間隔追蹤到的云擴(kuò)大了5～10倍，同時(shí)Rodgers等［8］研究表明，高時(shí)間分辨率必須配以高空間分辨率觀測(cè)才可獲得最佳觀測(cè)效果。Uchida等［9］研究了圍繞臺(tái)風(fēng)的低層云導(dǎo)風(fēng)，結(jié)果表明，與30min的觀測(cè)時(shí)間間隔相比，7.5～15min的觀測(cè)時(shí)間間隔可以獲取臺(tái)風(fēng)中心較高空間密度的資料。7.5min觀測(cè)時(shí)間間隔可以提供臺(tái)風(fēng)中心周圍200km范圍的風(fēng)資料，15min觀測(cè)時(shí)間間隔可以提供臺(tái)風(fēng)中心周圍400km范圍的風(fēng)資料，30min觀測(cè)時(shí)間間隔只可提供臺(tái)風(fēng)中心周圍500～600km范圍的風(fēng)場(chǎng)資料。日本氣象廳也曾試圖實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化觀測(cè)臺(tái)風(fēng)中心附近低層風(fēng)場(chǎng)［10］。Velden等［11－12］分別在2000年和2005年利用GOES－10研究了不同探測(cè)通道、不同時(shí)間間隔對(duì)風(fēng)資料獲取的影響，發(fā)現(xiàn)若獲取更多的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，需要縮短觀測(cè)間隔，提高空間分辨率。Hamada［13］最先提出15min的觀測(cè)時(shí)間間隔可以更好地反映生命史較短且變化迅速的云特征。Shenk［14］利用GOES時(shí)間序列圖像很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)云目標(biāo)的追蹤。不同的云狀，最佳時(shí)間間隔有所不同，如Shenk［14］研究表明，追蹤陸地上的積云，最佳觀測(cè)時(shí)間間隔為1～10min，而追蹤卷云最佳時(shí)間間隔則可能為30min。

上述研究說明，快速區(qū)域掃描有助于對(duì)天氣系統(tǒng)分析，但多數(shù)研究從云跡風(fēng)的反演角度出發(fā)，討論不同時(shí)空分辨率衛(wèi)星觀測(cè)對(duì)其影響，而對(duì)不同時(shí)空分辨率遙感資料在天氣系統(tǒng)云系發(fā)展演變中特征提取討論較少。本文針對(duì)不同探測(cè)通道，利用不同空間分辨率和時(shí)間分辨率所獲取的臺(tái)風(fēng)云系反射率和亮溫參數(shù)所反映的結(jié)構(gòu)及其演變特征，分析不同時(shí)空分辨率、多通道衛(wèi)星資料對(duì)臺(tái)風(fēng)云系特征提取的敏感性。

1 數(shù)據(jù)和方法

單顆風(fēng)云二號(hào)靜止氣象衛(wèi)星的傳統(tǒng)觀測(cè)時(shí)間分辨率是60min，在汛期會(huì)實(shí)行30min時(shí)間分辨率的觀測(cè)模式，雙星觀測(cè)模式可每15min獲取1次觀測(cè)數(shù)據(jù)。但由于雙星觀測(cè)角度、不同星上載荷互定標(biāo)等方面存在誤差，常會(huì)造成觀測(cè)數(shù)據(jù)間的一致性和均一性偏差。因此提高單顆衛(wèi)星的觀測(cè)時(shí)間分辨率是獲取高時(shí)間分辨率觀測(cè)數(shù)據(jù)的最佳途徑。

國家衛(wèi)星氣象中心2011年利用退役的FY－2C氣象衛(wèi)星開展了區(qū)域高頻次觀測(cè)試驗(yàn)，首次獲取了平均間隔為10min的連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，2012年利用FY－2F氣象衛(wèi)星開展了最高時(shí)間分辨率為5min的區(qū)域觀測(cè)。本文所用的FY－2C氣象衛(wèi)星和FY－2F氣象衛(wèi)星區(qū)域觀測(cè)數(shù)據(jù)，觀測(cè)通道包含可見光、紅外窗區(qū)通道（紅外通道1），紅外分裂窗通道（紅外通道2），水汽通道（紅外通道3）和中波紅外通道（紅外通道4），其中紅外通道的空間分辨率為5km，可見光通道具有5km和1.25km兩種空間分辨率數(shù)據(jù)。

2011年第9號(hào)熱帶氣旋梅花于7月28日06：00（世界時(shí)，下同）在西北太平洋洋面上生成，到8月9日停止編號(hào)，生命史長(zhǎng)達(dá)13d，具有生命史長(zhǎng)、移速先快后慢、強(qiáng)度多變和風(fēng)大雨小等幾大特點(diǎn)。其中，梅花（1109）經(jīng)歷了兩度加強(qiáng)，7月30日上午梅花加強(qiáng)為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，下午增強(qiáng)為臺(tái)風(fēng)，30日12：00和30日18：00加強(qiáng)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。隨后，7月31日晚上減弱為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。8月3日凌晨再次加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，晚上減弱為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。梅花（1109）在8月3日不到24h的時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷了從強(qiáng)臺(tái)風(fēng)發(fā)展到超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，隨后又減弱為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的過程。本文選取2011年8月3日過程討論不同時(shí)空分辨率衛(wèi)星資料對(duì)梅花（1109）云系特征提取的敏感性。

2012年第11號(hào)熱帶氣旋?？?月3日00：00在西北太平洋生成，8月7日06：00加強(qiáng)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，8月8日03：00前后以強(qiáng)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度在浙江象山附近沿海登陸。本文選取2012年8月7日的過程討論不同時(shí)空分辨率衛(wèi)星資料對(duì)海葵（1211）云系特征提取的敏感性。

為了更好地描述云系在一定時(shí)序內(nèi)的變化特征，引入 Hovmller圖［15］。Hovmller分析圖是氣象上用于描述波運(yùn)動(dòng)的常用方法，主要用于分析參數(shù)的時(shí)間演變特征。Hovmller圖橫坐標(biāo)一般為經(jīng)度或緯度，縱坐標(biāo)為時(shí)間，分析數(shù)據(jù)可用不同的顏色或陰影代表。

2 個(gè)例分析

2.1 臺(tái)風(fēng)云系的多尺度可見光通道反射率特征

2011年8月2日18：00臺(tái)風(fēng)梅花（1109）中心位于23.8°N，133.3°E，中心氣壓930hPa，中心附近最大風(fēng)速為52m／s，強(qiáng)度為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。之后向偏北方向移動(dòng)，至09：00臺(tái)風(fēng)梅花（1109）中心氣壓維持在925hPa，中心附近最大風(fēng)速達(dá)到55m／s。其云系特征表現(xiàn)為眼區(qū)清晰，眼壁進(jìn)行了1次置換。南側(cè)和東側(cè)云系發(fā)展完整，且南側(cè)有明顯的卷云羽流出，說明高層的輻散很清楚。而西側(cè)和北側(cè)各有一副熱帶高壓，受副熱帶高壓內(nèi)下沉氣流的影響，梅花（1109）西側(cè)和北側(cè)云系的發(fā)展受到抑制。8月3日04：00臺(tái)風(fēng)梅花（1109）中心位于24.4°N，131.5°E，強(qiáng)度降為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)等級(jí)。圖1為2011年8月3日03：03—04：50平均觀測(cè)時(shí)間間隔為10min、空間分辨率為1.25km的臺(tái)風(fēng)梅花（1109）中心云區(qū)可見光通道反射率圖像。由圖1可見，臺(tái)風(fēng)云系在可見光圖像上表現(xiàn)白亮，螺旋云帶紋理清晰，臺(tái)風(fēng)眼區(qū)被云覆蓋，圖像清晰地展示了臺(tái)風(fēng)眼區(qū)云系從圓形逐漸變?yōu)闄E圓形的過程。圖2分別為2012年8月7日01：00 1.25km（圖2a）、5km（圖2b）分辨率臺(tái)風(fēng)海葵（1211）云系可見光通道反射率圖像和1.25km分辨率臺(tái)風(fēng)中心可見光通道反射率圖像（圖2c）。與5km空間分辨率圖像相比，1.25km空間分辨率觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)于云系的結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)得更為清晰，尤其是臺(tái)風(fēng)眼區(qū)云系。在5km空間分辨率圖像上，可見臺(tái)風(fēng)眼區(qū)內(nèi)有低云覆蓋，在1.25km空間分辨率圖像上可見云清晰的紋理結(jié)構(gòu)。

圖1 2011年8月3日03：03—04：50平均觀測(cè)時(shí)間間隔為10min的空間分辨率為1.25km臺(tái)風(fēng)梅花（1109）中心云區(qū)可見光通道反射率圖像Fig.1 The reflectivity image of typhoon Muifa（2011）of FY－2Cvisible channel during 0303UTC—0450UTC on 3August 2011with the spatial resolution of 1.25km and the temporal resolution about 10minutes

圖3是2011年8月3日03：03—07：50內(nèi)平均觀測(cè)時(shí)間間隔為10min、空間分辨率分別為5km和1.25km 的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)梅花（1109）云區(qū)反射率Hovmller分析圖。Hovmller圖分析數(shù)據(jù)取自圖4中黑色方框內(nèi)。由于臺(tái)風(fēng)梅花（1109）在分析時(shí)段內(nèi)基本沿經(jīng)線方向運(yùn)行，因此選取經(jīng)向可見光通道反射率最小值在緯向上的分布作為分析數(shù)據(jù)。由圖3可見，兩種空間分辨率的可見光通道反射率Hovmller圖的分布模態(tài)相同：03：03—07：03 18.5°N以南和22.0°～26.0°N區(qū)域內(nèi)均出現(xiàn)了云像元最小反射率的高值分布區(qū)，04：01以后19.0°～20.0°N區(qū)域以及29.5°～31.0°N的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)最小反射率的低值分布。由于觀測(cè)數(shù)據(jù)空間分辨率不同，在最小反射率隨緯度的分布細(xì)節(jié)上有明顯差異，如03：03—04：01在17.5°～18.0°N區(qū)域，1.25km分辨率數(shù)據(jù)顯示了一個(gè)高反射率區(qū)，5km分辨率數(shù)據(jù)顯示的反射率值域明顯低于1.25km 分辨率數(shù)據(jù)。在以24.0°N為中心的臺(tái)風(fēng)眼周邊云像元盡管呈現(xiàn)高反射率特性，但眼區(qū)云像元隨時(shí)間的分布在不同空間分辨率數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的表現(xiàn)不盡相同，1.25km分辨率數(shù)據(jù)可以展示更多的細(xì)節(jié)，04：40臺(tái)風(fēng)眼區(qū)云像元的反射率開始降低，而5km空間分辨率觀測(cè)數(shù)據(jù)直到05：30才顯示出臺(tái)風(fēng)眼區(qū)云像元反射率有所降低的特性。因此，在可見光通道，高空間分辨率數(shù)據(jù)可以更準(zhǔn)確地捕捉到云像元演變特性。

圖2 2012年8月7日01：00FY－2F氣象衛(wèi)星空間分辨率1.25km（a）、5km（b）臺(tái)風(fēng)?？?211）云系和1.25km分辨率臺(tái)風(fēng)眼區(qū)（c）可見光通道反射率圖像Fig.2 Reflectivity image of typhoon Haikui（2012）of FY－2F visible channel at 0100UTC 7Aug 2012（a）typhoon image with the spatial resilution of 1.25km，（b）typhoon image with the spatial resolution of 5km，（c）typhoon eye image with the spatial resolution of 1.25km

圖3 2011年8月3日03：03—07：03平均觀測(cè)時(shí)間間隔10min的空間分辨率為5km（a）和1.25km（b）臺(tái)風(fēng)梅花（1109）云系 Hovmller分析圖Fig.3 The reflectivity Hovmller diagram of typhoon Muifa（2011）during 0303UTC—0703UTC on 3Aug 2011with the spatial resolution of 5km（a）and 1.25km（b）and the temporal resolution about 10minutes

圖4 2011年8月3日04：10 1.25km空間分辨率可見光通道反射率圖像（圖中黑框?yàn)镠ovmller分析區(qū)范圍）Fig.4 The reflectivity image of visible channel at 0410UTC 3Aug 2011with the spatial resolution of 1.25km（black box in the image shows the analysis area used by Hovmller diagram）

圖5是觀測(cè)時(shí)間間隔分別為30min和10min條件下獲取的可見光通道反射率Hovmller分布圖。與不同空間分辨率可見光通道反射率隨時(shí)間演變特征相比（圖3），不同觀測(cè)時(shí)間頻率條件下獲取的臺(tái)風(fēng)眼區(qū)周邊云像元反射率隨時(shí)間的演變特征分布模態(tài)間的差異較小。圖6是通過臺(tái)風(fēng)眼區(qū)及眼區(qū)周邊云墻的1.25km和5km不同空間、時(shí)間分辨率可見光通道反射率剖線。由圖6可知，在相同觀測(cè)時(shí)間間隔條件下，5km空間分辨率可見光通道反射率可以看作1.25km空間分辨率可見光通道反射率的平滑線?？梢姽馔ǖ婪瓷渎?0min觀測(cè)時(shí)間間隔獲取的眼區(qū)云系反射率變化較為劇烈，提高觀測(cè)時(shí)間間隔到30min后，眼區(qū)云系反射率的演變出現(xiàn)明顯波動(dòng)。進(jìn)一步提高觀測(cè)時(shí)間頻次后，平均10min的觀測(cè)時(shí)間間隔提供了云系反射率更為詳細(xì)的演變特征。

綜合上述分析，對(duì)比圖3、圖5和圖6，對(duì)于可見光通道而言，高空間分辨率和高時(shí)間分辨率相匹配可獲取精細(xì)的臺(tái)風(fēng)云系結(jié)構(gòu)特征和云系結(jié)構(gòu)特征隨時(shí)間的演變特征。在相同觀測(cè)時(shí)間分辨率條件下，降低空間分辨率會(huì)對(duì)云系結(jié)構(gòu)特征的提取有較大影響。在相同空間分辨率條件下，觀測(cè)時(shí)間分辨率的降低對(duì)云系結(jié)構(gòu)及演變特征的獲取影響較小。

圖5 2011年8月3日03：03—07：03空間分辨率為1.25km、平均觀測(cè)時(shí)間間隔為30min（a）和10min（b）臺(tái)風(fēng)梅花（1109）云系 Hovmller分析圖Fig.5 The reflectivity Hovmller diagram of typhoon Muifa（2011）during 0303UTC—0703UTC on 3Aug 2011with the spatial resolution of 1.25km and the temporal resolution about 30minutes（a）and 10minutes（b）

2.2 臺(tái)風(fēng)云系的多尺度紅外通道亮溫特征

圖6 臺(tái)風(fēng)梅花（1109）眼區(qū)及眼區(qū)周邊云墻2011年8月3日03：03不同空間分辨率（a）和2011年8月3日03：00—09：00不同時(shí)間分辨率（b）可見光通道反射率剖線Fig.6 Reflectivity profile around eye and convective wall of typhoon Muifa（2011）with different spatial resolutions at 0303UTC 3Aug 2011（a）and with different temperal resolutions during 0300UTC—0900UTC on 3Aug 2011（b）

圖7 2011年8月3日03：03—14：50空間分辨率為5km平均觀測(cè)時(shí)間間隔為10min（a）、30min（b）和60min（c）臺(tái)風(fēng)梅花（1109）云系紅外通道1亮溫的 Hovmller分析圖Fig.7 The brightness temperature Hovmller diagram of typhoon Muifa（2011）of infrared window channel during 0303UTC—1450UTC on 3Aug 2011with spatial resolution of 5km and the temporal resolutions about 10minutes（a），30minutes（b）and 60minutes（c）

圖8 2011年8月3日03：03—14：50空間分辨率為5km平均觀測(cè)時(shí)間間隔為10min（a）、30min（b）和60min（c）臺(tái)風(fēng)梅花（1109）云系水汽通道亮溫的 Hovmller分析圖Fig.8 The brightness temperature Hovmller diagram of typhoon Muifa（2011）of water vapor channel during 0303UTC—1450UTC on 3Aug 2011with the spatial resolution of 5km and the temporal resolution about 10minutes（a），30minutes（b）and 60minutes（c）

表1分別為紅外通道1和水汽通道在兩個(gè)觀測(cè)時(shí)間間隔呈線性變化條件下，推算值與觀測(cè)值差值的等級(jí)像元數(shù)百分比。如利用60min觀測(cè)值得到30min推算值與30min觀測(cè)值差值，及利用30min觀測(cè)值得到10min推算值與10min觀測(cè)值差值的等級(jí)像元百分比。由表1可知，水汽通道無論是利用60min觀測(cè)值得到30min推算值，還是利用30min觀測(cè)值得到10min推算值，推算值與觀測(cè)值差值均小于4K，其中65.2%像元的利用30min觀測(cè)值得到10min推算值與觀測(cè)值差值小于1K，累積84.8%像元的利用30min觀測(cè)值得到10min推算值與觀測(cè)值間的差值小于2K，說明水汽通道10min觀測(cè)時(shí)間間隔，云系特征量變化很小。相比較而言，紅外通道1的推算值與觀測(cè)值差值大于水汽通道，10min推算值與觀測(cè)值差值最大達(dá)到7K；差值小的像元比例減少，差值大的像元比例增大，如30min觀測(cè)時(shí)間間隔，2K內(nèi)差值的像元比例紅外通道1小于水汽通道，差值為2～4K的紅外通道1像元比例明顯高于水汽通道，反映提高時(shí)間分辨率后，云系特征參數(shù)在紅外通道1上的變化比水汽通道豐富。

圖9 不同觀測(cè)時(shí)間間隔臺(tái)風(fēng)梅花（1109）和臺(tái)風(fēng)?？?211）眼區(qū)紅外通道1亮溫和水汽通道亮溫隨時(shí)間的演變Fig.9 The change of eye area brightness temperature of typhoon Muifa（2011）and typhoon Haikui（2012）of infrared window channel and water vapor channel with different temporal resolutions

表1 紅外通道1和水汽通道的不同觀測(cè)時(shí)間間隔推算值與觀測(cè)值差值等級(jí)像元百分比Table 1 The pixel percentage of different brightness temperature level between extrapolated and observed data of infrared window channel and water vapor channel

為了更好地說明觀測(cè)時(shí)間間隔對(duì)獲取云像元在紅外和水汽通道特征變化的敏感性，分別利用10min，30min和60min觀測(cè)時(shí)間間隔的紅外和水汽通道亮溫，計(jì)算云像元的變異系數(shù)以及不同觀測(cè)時(shí)間間隔間變異系數(shù)差值。標(biāo)準(zhǔn)差能客觀、準(zhǔn)確地反映一組數(shù)據(jù)的離散程度，但是對(duì)于不同的檢目，或同一項(xiàng)目不同的樣本，標(biāo)準(zhǔn)差缺乏可比性，因此引入變異系數(shù)（CV）。變異系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比率，變異系數(shù)大說明在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)云特性的變化大。為了便于分析，將變異系數(shù)擴(kuò)大1000倍。圖10為臺(tái)風(fēng)云像元剖面的紅外通道1和水汽通道亮溫10min和30min以及30min和60min觀測(cè)時(shí)間間隔的變異系數(shù)差值經(jīng)向分布。其上疊加所分析臺(tái)風(fēng)云像元的可見光通道反射率圖像。由圖10可知，無論是紅外通道1還是水汽通道，30min與60min的變異系數(shù)差值大于10min與30min的變異系數(shù)，說明云像元在60min的觀測(cè)時(shí)間間隔條件下發(fā)生了較大變化，如果以60min為觀測(cè)掃描頻率將會(huì)失去較多的云像元變化特征。其次，水汽通道不同觀測(cè)時(shí)間的變異系數(shù)差值小于紅外通道1，說明云像元在紅外通道1的特性演變對(duì)觀測(cè)時(shí)間頻次的敏感性高于水汽通道，提高觀測(cè)頻率可獲取更多的云像元紅外通道1的輻射特性。

圖10 紅外通道1（a）和水汽通道（b）不同觀測(cè)時(shí)間分辨率的變異系數(shù)差值經(jīng)向分布Fig.10 The distribution ofCVdifference between different observation temporal resolutions as the function of latitude for infrared window channel（a）and water vapor channel（b）

3 結(jié)論與討論

本文利用針對(duì)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)梅花（1109）2011年8月3日FY－2C氣象衛(wèi)星平均10min觀測(cè)時(shí)間間隔的靜止氣象衛(wèi)星快速區(qū)域掃描數(shù)據(jù)，以及針對(duì)臺(tái)風(fēng)海葵（1211）2012年8月7日FY－2F氣象衛(wèi)星最高6min觀測(cè)時(shí)間間隔觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析不同時(shí)空分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對(duì)提取臺(tái)風(fēng)云系特征的敏感性。分析結(jié)果表明，不同探測(cè)通道的時(shí)空分辨率對(duì)于臺(tái)風(fēng)云像元特征提取的敏感性略有不同：

1）對(duì)于可見光通道而言，高空間分辨率和高時(shí)間分辨率相匹配可獲取精細(xì)的臺(tái)風(fēng)云系結(jié)構(gòu)和云系結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的演變特征。在相同觀測(cè)時(shí)間分辨率條件下，降低空間分辨會(huì)對(duì)云系結(jié)構(gòu)特征的提取有較大影響。在相同空間分辨率條件下，觀測(cè)時(shí)間分辨率的降低對(duì)云系結(jié)構(gòu)及演變特征的分析影響較小。

3）水汽通道不同觀測(cè)時(shí)間的變異系數(shù)差值小于紅外通道1，即云像元在紅外窗區(qū)通道特性演變對(duì)觀測(cè)時(shí)間分辨的敏感性高于水汽通道，提高觀測(cè)頻率可獲取更多云像元紅外窗區(qū)通道的輻射特性。

［1］ 徐金霞，劉奇俊，宋振鑫.臺(tái)風(fēng)“莫拉克”降水觀測(cè)與云物理特征的模擬研究.成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，27（3）：292－301.

［2］ 王毅，孫佳俊，韓永，等.基于衛(wèi)星云圖的臺(tái)風(fēng)云系特征提取算法研究.遙感技術(shù)與應(yīng)用，2011，26（3）：287－292.

［3］ 王艷，鄭棟，張義軍.2000—2007年登陸臺(tái)風(fēng)中閃電活動(dòng)與降水特征.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2011，22（3）：321－326.

［4］ 詹奕哲，王振會(huì)，官莉，等.衛(wèi)星導(dǎo)風(fēng)在臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)中的應(yīng)用進(jìn)展.地球科學(xué)進(jìn)展，2011，26（4）：386－392.

［5］ 趙姝慧，周毓荃.利用多種衛(wèi)星研究臺(tái)風(fēng)“艾云尼”宏微觀結(jié)構(gòu)特征.高原氣象，2010，29（5）：1254－1260.

［6］ 郭榮芬，肖子牛，陳小華，等.兩次西行熱帶氣旋影響云南降水對(duì)比分析.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2010，21（3）：317－327.

［7］ 杜明斌，楊引明，楊玉華，等.FY－3A微波資料偏差訂正及臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)應(yīng)用.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2012，23（1）：89－94.

［8］ Rodgers E，Gentry R C，Shenk W，et al.The benefits of using short interval satelliteimages to derive winds for tropical cyclones.Mon Wea Rev，1979，107：575－584.

［9］ Uchida H，Oshima T，Hamada T，et al.Low－level cloud motion wind field estimatedfrom GMS short interval images in typhoon vicinity.Geophys Mag，1991，44：37－50.

［10］ Takata S.Current Status of GMS Wind and Operational Lowlevel Wind Derivation in a Typhoon Vicinity from Short－time Interval images.Proceedings of the 2nd International Winds Workshop，Ascona，Switzerland，1993：29－36.

［11］ Velden C S，Stettner D，Daniels J.Wind Wector Fields Derived from GOES Rapid－scanimagery.Proceedings of the 10th Conference on Satellite Meteorology and Oceanography，American Meteorological Society，2000：20－23.

［12］ Velden C，Daniels J，Stettner D，et al.Recent innovations in deriving tropospheric winds from meteorological satellites.Bull A－mer Meteor Soc，2005，2：205－223.

［13］ Hamada T.On the Optimal Time－interval of Satellite ImageAcquisition for Operational Cloudmotion Wind Derivation.MetCenter Technical Note，1983，7：79－87.

［14］ Shenk W E.Suggestions for improving the derivation of winds from geosynchronous satellites.Global and Planetary Change，1991，4：165－171.

Multi－scale Satellite Data Sensitivity Study on Cloud Analysis of Strong Typhoon

Liu Jian Jiang Jianying
（National Satellite Meteorological Center，Beijing100081）

The traditional obervation interval of Fengyun geostationary meteorological series satellite is 1hour for a single satellite.During flooding season，the obervation frequency is imporived to half an hour.Double satellite observation mode can provide remote sensing data every 15minutes.Due to the difference of observation angles and calibration error between different satellites，remote sensing data sometimes appear consistency and uniformity deviation.So improving observation frequency for a single satellite is the best way to get high quality remote sensing data.Rapid scan mode of geostationary meteorological satellites is an important method to monitor all kinds of weather processes.

National Satellite Meteorological Center uses retired FY－2Csatellite to carry out high frequency rapid regional scan observation trials and get continuous data with an average of 10－minute interval.Based on high frequency observations，Hovmller diagram and coefficient of variation are used to analyze the sensitivity of multi－scale satellite data on monitoring the structure of a strong typhoon Muifa（2011）.

The research results show that the high frequency observations can clearly demonstrate the evolution of a strong typhoon cloud structure.Each channel with different spatial and temporal resolution has different sensitiveness in monitoring the structure feature of cloud.Reflectivity at visible channel with 1.25－kilometer spatial resolution and 10－minute temporal resoution can well show features of typhoon cloud.Under the same observation temporal resolution condition，lowering spatial resolution has great impact on monitoring the structure of cloud.If the spatial resolution keeps the same，reduced observation temporal resolution has less effect on extracting the characteristics of clouds.Using Hovmller diagram to compare cloud brightness temperature characteristics through infrared window channel under different temporal resolution，it can be seen that there is no great difference between 10－minute and 30－minute observation modes.The cloud features are greatly reduced after the observation interval being changed to 60 minutes.The results also show that the cloud characteristics change greatly during 60minutes based on brightness temperature coefficient of variation difference.Because the brightness temperature coefficient of variation at water vapor channel is smaller than infrared channel，the evolution of cloud characters observed by infrared window channel is more sensitive than that by water vapor channel.So improved observation temporal resolution can get more cloud information through infrared window channel.

resolution；satellite data；strong typhoon；cloud analysis

劉健，蔣建瑩.不同觀測(cè)分辨率強(qiáng)臺(tái)風(fēng)云系的遙感特征.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2014，25（1）：1－10.

2012－10－02收到，2013－07－08收到再改稿。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41175022），公益性行業(yè)（氣象）科研專項(xiàng)（GYHY201206003），國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAC22B05）

＊email：liujian＠cma.gov.cn