海洋二號(hào)衛(wèi)星臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)概況

●　文| 國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心　　張毅

海洋二號(hào)衛(wèi)星臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)概況

●文| 國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心張毅

海洋二號(hào)衛(wèi)星簡(jiǎn)介

2011年8月16日，海洋二號(hào)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(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星，星上搭載微波散射計(jì)、雷達(dá)高度計(jì)、掃描微波輻射計(jì)和校正微波輻射計(jì)4個(gè)微波遙感器，具有全天時(shí)、全天候、全球連續(xù)探測(cè)的能力［1］。HY-2A衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)全球海面風(fēng)場(chǎng)、海面高度、浪高、海面溫度等多種海洋動(dòng)力環(huán)境要素的高精度同步測(cè)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(cè)平臺(tái)，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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)［2］。

一、海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)簡(jiǎn)介

HY-2A微波散射計(jì)采用雙點(diǎn)筆形波束體制［3］。天線采用拋物反射面天線，產(chǎn)生兩個(gè)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)同一分辨單元4次不同方位角測(cè)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?yàn)槟鏁r(shí)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(jì)已在全球范圍內(nèi)獲取了近23000軌數(shù)據(jù)。在軌測(cè)試的結(jié)果表明，HY-2A微波散射計(jì)對(duì)海面風(fēng)速、風(fēng)向的觀測(cè)精度達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，微波散射計(jì)海面風(fēng)場(chǎng)（見圖1）觀測(cè)具有大尺度、全天時(shí)、全球觀測(cè)的特點(diǎn)，使HY-2A衛(wèi)星能夠在臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)中發(fā)揮獨(dú)特的作用［4］。

圖1　HY-2A微波散射計(jì)全球觀測(cè)海面風(fēng)場(chǎng)

國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)利用QuikSCAT微波散射計(jì)（Seawinds）數(shù)據(jù)對(duì)臺(tái)風(fēng)海面風(fēng)場(chǎng)開展了深入而廣泛的研究，由于在臺(tái)風(fēng)形成初期，海面風(fēng)場(chǎng)渦旋的尺度較小，數(shù)值預(yù)報(bào)模式（NWP）很難對(duì)其作出準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，而利用Seawinds風(fēng)場(chǎng)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(bào)［5-7］。

二、海洋二號(hào)衛(wèi)星臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)

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

如圖2所示，以2012年第9號(hào)臺(tái)風(fēng)“蘇拉”為例，早在其還是熱帶低壓時(shí)，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(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地發(fā)往國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，為相關(guān)部門的分析研判及預(yù)報(bào)提供決策依據(jù)。對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑的預(yù)報(bào)是預(yù)報(bào)工作的重點(diǎn)，HY-2A衛(wèi)星準(zhǔn)確捕捉到了臺(tái)風(fēng)中心的位置并跟蹤其位置變化，從HY-2A衛(wèi)星的觀測(cè)序列中可以獲取臺(tái)風(fēng)“蘇拉”的行進(jìn)路線及移動(dòng)速度，這對(duì)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)非常重要，雖然我們無法直接利用HY-2A衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)臺(tái)風(fēng)的下一步發(fā)展做出預(yù)報(bào)，但可以用HY-2A衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果來檢驗(yàn)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，從而能夠改進(jìn)和提高臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)的精度。在臺(tái)風(fēng)到來時(shí)，其他觀測(cè)手段難以施展，衛(wèi)星觀測(cè)資料彌足珍貴，而與其他衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)不同，HY-2A衛(wèi)星獲取的是海表面風(fēng)場(chǎng)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(shí)情況，因此不管是在臺(tái)風(fēng)行進(jìn)的過程中還是在臺(tái)風(fēng)登陸的前夕，HY-2A衛(wèi)星提供的觀測(cè)資料對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)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(cè)到的2012年第9號(hào)臺(tái)風(fēng)“蘇拉”的中心位置

如圖3所示，以2015年第19號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜鵑”為例，HY-2A衛(wèi)星準(zhǔn)確捕捉到了臺(tái)風(fēng)中心的位置并跟蹤其位置變化，從HY-2A衛(wèi)星的觀測(cè)序列中可以獲取臺(tái)風(fēng)“杜鵑”的行進(jìn)路線及移動(dòng)速度。下面四幅衛(wèi)星專題圖是HY-2A衛(wèi)星微波散射計(jì)在四個(gè)不同的時(shí)刻對(duì)2015年第19號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜鵑”的觀測(cè)圖。臺(tái)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(chǎng)監(jiān)測(cè)有助于對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度的變化等信息的預(yù)測(cè)。

圖3（1）　20150926　22：24：57

圖3　HY-2A衛(wèi)星觀測(cè)到的2015年第19號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜鵑”的中心位置

四、總結(jié)

HY-2A衛(wèi)星微波散射計(jì)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行近五年時(shí)間，在此過程中獲得了大量的全球海面風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，HY-2A衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)將被同化進(jìn)數(shù)值模式預(yù)報(bào)系統(tǒng)，在臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)、風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間序列的全球海面風(fēng)場(chǎng)資料將提供給各科研單位及院校，推動(dòng)我國海洋科學(xué)研究的發(fā)展，使HY-2A衛(wèi)星的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)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(bào)， 2010， 28（3）：105-111.

［2］蔣興偉， 林明森， 宋清濤.海洋二號(hào)衛(wèi)星主被動(dòng)微波遙感探測(cè)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(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)在西北太平洋臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究［J］.中國工程科學(xué)， 2014， 16（6）： 46-53.

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［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.