西北太平洋热带气旋(即台风)是世界各海域热带气旋中强度最大、最频发、致灾能力最强、变化最为复杂的热带气旋。因此如何构建一个合理精确的西北太平洋台风结构模型是一个经典而重要的研究问题。Holland B参数是许多热带气旋参数风场模型的关键参数之一，它对于描述热带气旋的风场径向分布特征和最大风速起着非常重要的作用，并且在台风灾害风险评估方面应用广泛(图1)。
 

图1调整Holland B系数的值对(a)海面压力场(Sea Surface Pressure)径向廓线和(b)梯度风场(Gradient Wind Speed)径向廓线的影响。热带气旋的环境压力(Pn)、中心气压(Pc)和最大风速半径(RMW)的值都标记在图上，横坐标表示观测点距离热带气旋中心的径向距离。不同颜色的曲线代表使用了不同大小的Holland B 系数值。

最近，上海台风研究所孙梓曜和汤杰研究员与南京信息工程大学张彪教授基于台风最佳路径数据集并结合卫星数据(SMAP)，在考虑了热带气旋中心气压差，最大风速半径，纬度，移动速度，强度变化率的基础上，结合反向传播(BP)神经网络技术，构建了一个新的海面台风风场的Holland B参数模型。

通过比较验证，结果发现仅输入热带气旋中心气压差的网络具有最好的效果，其偏差和均方根误差最小，仅为0.001和0.10，并且该网络能明显改善当B值较大时一些统计模型无法描述的B值的非线性分布现象(图2)。
 

图2测试数据中的最佳路径数据计算的B值与(a) Bp神经网络(b)统计模型(c)Vickery 模型(d)Fang2020模型模拟的B值的对比结果。横坐标为最佳路径数据计算的B值，纵坐标为B的模拟值。颜色栏表示每个点的概率密度估计值。

除此以外，研究还发现当将新的神经网络B参数与Holland风压模型结合模拟台风的最大风速时，能够明显改善两个传统风压模型(AH77和KZ07风压模型)在模拟超强台风最大风速时的一个明显的高低估现象(图3)。
 

图3卫星辐射计SMAP的最大风速与(a)BP神经网络结合Holland风压模型(b)AH77风压模型(c)KZ07风压模型模拟的最大风速的对比结果。横坐标为SMAP的最大风速，纵坐标为模拟的最大风速。

该研究进展近期已在国际遥感杂志《Remote Sensing》发表，题目为“Estimating the Key Parameter of a Tropical Cyclone Wind Field Model Over the Northwest Pacific Ocean: A Comparison Between Neural Networks and Statistical Models”。

在未来的研究中，课题组将继续开展热带气旋不对称参数风场的相关研究工作，进一步利用CMA最佳路径数据集构建海面台风风场模型关键系数Holland B系数的模型，从而改进风压模型，提升对台风强度和风圈模拟精度，力争得到更准确更普适的热带气旋(台风)参数风场模型。

（孙梓曜）

论文信息：

Sun, Z.; Zhang, B.; Tang, J. Estimating the Key Parameter of a Tropical Cyclone Wind Field Model over the Northwest Pacific Ocean: A Comparison between Neural Networks and Statistical Models. Remote Sens. 2021, 13, 2653. https://doi.org/10.3390/rs13142653

链接：https://www.mdpi.com/2072-4292/13/14/2653