海洋二號衛(wèi)星臺風(fēng)監(jiān)測概況

●　文| 國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心　　張毅

海洋二號衛(wèi)星臺風(fēng)監(jiān)測概況

●文| 國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心張毅

海洋二號衛(wèi)星簡介

2011年8月16日，海洋二號A星（HY-2A）在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。HY-2A衛(wèi)星是我國第一顆海洋動力環(huán)境衛(wèi)星，星上搭載微波散射計、雷達(dá)高度計、掃描微波輻射計和校正微波輻射計4個微波遙感器，具有全天時、全天候、全球連續(xù)探測的能力［1］。HY-2A衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)全球海面風(fēng)場、海面高度、浪高、海面溫度等多種海洋動力環(huán)境要素的高精度同步測量，是海洋開發(fā)、資源利用、防災(zāi)減災(zāi)的重要空間監(jiān)測平臺，能夠直接為災(zāi)害性海況預(yù)警和海洋科學(xué)研究提供實測數(shù)據(jù)，服務(wù)于國民經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)［2］。

一、海洋二號衛(wèi)星微波散射計簡介

HY-2A微波散射計采用雙點筆形波束體制［3］。天線采用拋物反射面天線，產(chǎn)生兩個點波束，其中內(nèi)波束水平極化，外波束垂直極化。通過360°旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)對同一分辨單元4次不同方位角測量。

天線波束圍繞中心軸360°掃描，掃描速度為95°/s（低轉(zhuǎn)速）或105°/s（高轉(zhuǎn)速）。天線波束足跡掃描方向為逆時針。天線視角：內(nèi)波束為34.8°；外波束為40.7°。

作為其主載荷之一的微波散射計已在全球范圍內(nèi)獲取了近23000軌數(shù)據(jù)。在軌測試的結(jié)果表明，HY-2A微波散射計對海面風(fēng)速、風(fēng)向的觀測精度達(dá)到設(shè)計指標(biāo)，微波散射計海面風(fēng)場（見圖1）觀測具有大尺度、全天時、全球觀測的特點，使HY-2A衛(wèi)星能夠在臺風(fēng)監(jiān)測中發(fā)揮獨特的作用［4］。

圖1　HY-2A微波散射計全球觀測海面風(fēng)場

國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)利用QuikSCAT微波散射計（Seawinds）數(shù)據(jù)對臺風(fēng)海面風(fēng)場開展了深入而廣泛的研究，由于在臺風(fēng)形成初期，海面風(fēng)場渦旋的尺度較小，數(shù)值預(yù)報模式（NWP）很難對其作出準(zhǔn)確的預(yù)報，而利用Seawinds風(fēng)場數(shù)據(jù)后，將優(yōu)先于傳統(tǒng)方式獲取熱帶低氣壓信息，這將有助于熱帶風(fēng)暴的預(yù)報［5-7］。

二、海洋二號衛(wèi)星臺風(fēng)監(jiān)測

臺風(fēng)的監(jiān)測和研究離不開衛(wèi)星觀測資料，與其他衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)不同，HY-2A微波散射計獲取的是海表面風(fēng)場的空間分布，風(fēng)速、風(fēng)向等信息直接反映海面的真實情況。因此，HY-2A微波散射計為研究人員和業(yè)務(wù)人員研究和分析預(yù)測臺風(fēng)提供了新的數(shù)據(jù)源，是對其他衛(wèi)星數(shù)據(jù)的重要補充。作為我國首顆綜合動力環(huán)境衛(wèi)星，HY-2A衛(wèi)星可以同時獲取海面風(fēng)場、海面溫度、海面高度等海洋動力環(huán)境參數(shù)，其中海面風(fēng)場觀測具有大尺度、全天時、全球觀測的特點，一天可以覆蓋全球90%以上的海域面積，正是這種全球探測能力使HY-2A衛(wèi)星在臺風(fēng)監(jiān)測中發(fā)揮獨特的作用。

如圖2所示，以2012年第9號臺風(fēng)“蘇拉”為例，早在其還是熱帶低壓時，HY-2A衛(wèi)星就已經(jīng)捕捉到了它在菲律賓以東洋面上的形態(tài)特征，觀測數(shù)據(jù)實時地發(fā)往國家海洋環(huán)境預(yù)報中心，為相關(guān)部門的分析研判及預(yù)報提供決策依據(jù)。對臺風(fēng)路徑的預(yù)報是預(yù)報工作的重點，HY-2A衛(wèi)星準(zhǔn)確捕捉到了臺風(fēng)中心的位置并跟蹤其位置變化，從HY-2A衛(wèi)星的觀測序列中可以獲取臺風(fēng)“蘇拉”的行進(jìn)路線及移動速度，這對臺風(fēng)預(yù)報非常重要，雖然我們無法直接利用HY-2A衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)對臺風(fēng)的下一步發(fā)展做出預(yù)報，但可以用HY-2A衛(wèi)星的觀測結(jié)果來檢驗預(yù)報的準(zhǔn)確性，從而能夠改進(jìn)和提高臺風(fēng)預(yù)報的精度。在臺風(fēng)到來時，其他觀測手段難以施展，衛(wèi)星觀測資料彌足珍貴，而與其他衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)不同，HY-2A衛(wèi)星獲取的是海表面風(fēng)場的空間分布情況，風(fēng)速、風(fēng)向等信息直接反映海面的真實情況，因此不管是在臺風(fēng)行進(jìn)的過程中還是在臺風(fēng)登陸的前夕，HY-2A衛(wèi)星提供的觀測資料對臺風(fēng)強度及其破壞性的判斷都是直觀而有效的依據(jù)。

圖2　HY-2A衛(wèi)星觀測到的2012年第9號臺風(fēng)“蘇拉”的中心位置

如圖3所示，以2015年第19號臺風(fēng)“杜鵑”為例，HY-2A衛(wèi)星準(zhǔn)確捕捉到了臺風(fēng)中心的位置并跟蹤其位置變化，從HY-2A衛(wèi)星的觀測序列中可以獲取臺風(fēng)“杜鵑”的行進(jìn)路線及移動速度。下面四幅衛(wèi)星專題圖是HY-2A衛(wèi)星微波散射計在四個不同的時刻對2015年第19號臺風(fēng)“杜鵑”的觀測圖。臺風(fēng)中心區(qū)域風(fēng)速較低，整體結(jié)構(gòu)非常清晰，連續(xù)的海面風(fēng)場監(jiān)測有助于對臺風(fēng)路徑和強度的變化等信息的預(yù)測。

圖3（1）　20150926　22：24：57

圖3　HY-2A衛(wèi)星觀測到的2015年第19號臺風(fēng)“杜鵑”的中心位置

四、總結(jié)

HY-2A衛(wèi)星微波散射計已經(jīng)穩(wěn)定運行近五年時間，在此過程中獲得了大量的全球海面風(fēng)場數(shù)據(jù)，HY-2A衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)將被同化進(jìn)數(shù)值模式預(yù)報系統(tǒng)，在臺風(fēng)預(yù)報、風(fēng)暴潮預(yù)報等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。同時，長時間序列的全球海面風(fēng)場資料將提供給各科研單位及院校，推動我國海洋科學(xué)研究的發(fā)展，使HY-2A衛(wèi)星的社會及經(jīng)濟效益最大化。

［1］蔣興偉， 宋清濤. 海洋衛(wèi)星微波遙感技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望［J］. 科技導(dǎo)報， 2010， 28（3）：105-111.

［2］蔣興偉， 林明森， 宋清濤.海洋二號衛(wèi)星主被動微波遙感探測技術(shù)研究［J］.中國工程科學(xué)，2013，15（7）：4-11.

［3］王小寧， 劉麗霞， 陳文新. 海洋二號衛(wèi)星微波散射計系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用［J］. 中國工程科學(xué)， 2013，15（7）：33-38.

［4］林明森， 張毅， 宋清濤， 解學(xué)通， 鄒巨洪. HY-2A衛(wèi)星微波散射計在西北太平洋臺風(fēng)監(jiān)測中的應(yīng)用研究［J］.中國工程科學(xué)， 2014， 16（6）： 46-53.

［5］Lars lsaksen， Ad Stoffelen. ERS Scatterometer Wind Data lmpact on ECMWF's Tropical Cyclone Forecasts ［J］. lEEE transactions on geoscience and remote sensing， 2000， 38 （4）：1885-1892.

［6］Julia Figa， Ad Stoffelen. On the Assimilation of Ku-Band Scatterometer Winds for Weather Analysis and Forecasting ［J］. lEEE transactions on geoscience and remote sensing， 2000， 38 （4）：1893-1902.

［7］Dudley B. Chelton， Michael H. Freilich. Scatterometer-Based Assessment of 10-m Wind Analyses from the Operational ECMWF and NCEP Numerical Weather Prediction Models ［J］. American Meteorological Society， 2005， 133（2）：409-429.