基于卫星遥感和数值模拟的台风与台风浪研究

论文摘要

海洋卫星遥感中合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）遥感卫星是一种主动式微波雷达遥感卫星,利用微波成像技术,具有全天候、全天时、大面积高分辨检测等特点,是海洋监测中一项重要的技术。目前,利用同极化SAR遥感图像反演中低风速条件下的海面风场算法已经基本成熟,但在高风速条件下的海面风场反演算法中,同极化SAR遥感图像的归一化后向散射截面值（Normalized Radar Cross Section,NRCS）容易达到饱和状态,而交叉极化SAR遥感图像的后向散射截面值不易达到饱和。因此,开发基于交叉极化SAR遥感图像的台风风场反演算法具有重要意义。海浪数值模拟中第三代海浪数值模式WAVEWATCH-Ⅲ已发展成为国际上最成熟的海浪数值模式之一,具有多种输入和耗散源函数项,考虑波波相互作用,波流相互作用等显著特点,因而利用WAVEWATCH-Ⅲ海浪数值模式模拟台风浪的研究对台风浪的准确预报具有重要意义。本文主要分为两个部分,第一部分主要利用交叉极化高分三号（GF-3）SAR卫星遥感图像构建交叉极化SAR图像台风风场反演算法,第二部分主要评估WAVEWATCH-Ⅲ模拟东中国海台风浪的效果,并给出最佳输入和耗散源函数项对于利用交叉极化GF-3 SAR遥感图像研究台风风场,本文收集了7幅交叉极化GF-3 SAR遥感台风图像以及全球区域同化和预报系统（Global and Regional Assimilation and Prediction System-Typhoon model,GRAPES-TYM）台风风场数据,探究了雷达入射角、10m/s以上风速和SAR图像NRCS之间的依赖性,构建反演算法函数形式,并用最小二乘法拟合系数。运用该算法反演交叉极化SAR图像台风风速,并与Wind-SAT风场数据对比,验证算法准确性。经过对比验证,在风速大于10m/s的高风速条件下,风速反演结果的均方根误差在5.5m/s左右,反演效果较好。为了进一步验证该反演函数模型的优势,将其与其他4种C波段交叉极化SAR图像风速反演算法进行对比,反演结果均与GRAPES-TYM风场数据进行对比,该算法得到最小的均方根误差为5.11m/s,标准差为5.06m/s。对于WAVEWATCH-Ⅲ海浪数值模式研究台风波浪场,本研究通过评估WAVEWATCH-Ⅲ提供的7种输入和耗散源函数项在东中国海台风期间波浪场模拟结果,选出最优函数项用于台风浪数值模拟。首先结合Holland台风风场模型与欧洲中长期预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）提供的0.125°风场,使用最大值法构建H-E台风风场作为海浪模式WAVEWATCH-Ⅲ的强迫场。其次运用WAVEWATCH-Ⅲ提供的7种输入和耗散源函数项模拟台风“凤凰”和“灿鸿”期间东中国海有效波高,并与浮标观测值对比,结果显示ST2源函数项模拟结果最佳,误差分别为0m和0.53m,均方根分别为0.79m和1.12m。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 盛叶新

导师: 邵伟增

关键词: 台风,台风浪,数值模拟

来源: 浙江海洋大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 气象学,海洋学,海洋学,海洋学,水利水电工程

单位: 浙江海洋大学

基金: 国家自然科学基金No.41776183

分类号: P732;P731.22;P715.7

DOI: 10.27747/d.cnki.gzjhy.2019.000311

总页数: 59

文件大小: 10694K

下载量: 139

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