台风对于广大西北太平洋甚至全球沿海地区都会造成严重的灾害性影响，但由于缺乏直接准确的观测资料，导致对海上台风风场结构缺乏精确的认识，因而成为了当前制约沿海防台减灾水平进一步提高的瓶颈之一。近年来，包括星载微波辐射计、合成孔径雷达等星载探测手段的出现和成熟为海上台风风场精确探测和分析提供了可能。

近日，上海台风研究所孙梓曜助理研究员在汤杰研究员指导下，研发了基于星载微波探测技术的海上台风风场定量分析产品。参照台风业务主要需求，该风场结构产品主要包括最大风速半径(the radius of maximum wind，RMW)和台风中心周围四个地理象限的风圈半径，分别为七级风圈半径(radii of gale-force winds，34kt，1kt=0.514m/s，R34)，十级风圈半径(radii of destructive winds ，50kt，R50)，十二级风圈半径(radii of hurricane-force winds，64kt，R64)(见图1)。相关台风风圈信息，对于监测、预报以及评估台风灾害的影响范围和程度至关重要，并且可以为数值模拟、波浪预测等应用提供数据支撑。

图1 上海台风研究所的超强台风“玛娃”的卫星风圈估计产品。

2021年7月，台风“烟花”先后两次登陆我国浙江沿海地区，其具有移动速度慢、路径不确定性大、陆上滞留时间长、风雨强度大、影响范围广等特点。特别需要注意的是“烟花”台风在登陆前移速明显减慢并且结构明显增大，不同业务中心对于台风的风圈大小预报有较大的差异，因而给防台减灾工作带来较大的困扰。

针对以上问题，课题组利用星载微波辐射计和合成孔径雷达(SAR)的风场数据分析了台风 "烟花"(2021)从生成到首次登陆的风圈半径变化过程(图2)。研究结果表明：从辐射计和SAR中提取到的风圈半径与中国沿海自动气象站和ASCAT散射计风场数据中获取的风圈半径相对接近，验证了产品的可信度;进一步分析发现风圈半径的时间序列显示在 "烟花"的生命周期内其各级风圈都有明显的增长趋势，并且在 "烟花"登陆前呈现出了一个极大的涡旋结构(图3);登陆前观测到的平均风圈半径都超过了2001-2021年历史风圈半径记录的95%，其中平均七级风圈更是超过了历史平均七级风圈记录的98%，这表明在"烟花"登陆前其涡旋结构极其大，具有明显的历史极端性;造成台风"烟花"这一极大涡旋结构的可能原因是源自"烟花"自身风场和极强的季风涡旋(背景风场)之间的相互作用(图4)。

图2 从多源星载微波传感器获取的台风“烟花”二维海面风场图像和提取的风圈半径(R34, R50, R64)。时间范围覆盖台风“烟花”从生成到首次登陆的过程。

图3 分别来自星载微波传感器、JTWC和日本气象厅的风圈时间变化序列。

图4 台风“烟花”所处的大尺度环流背景。

这项研究强调了新型卫星遥感技术在台风预报业务中的实际应用价值，为后续海上台风风圈结构研究和业务预报都提供了重要的支持。利用多源的星载微波遥感数据可以提供长时间序列的准确台风海面风观测数据，而将这些地表风观测数据吸收到实际的台风预报中，有助于提供更真实可靠的风半径和大风袭击概率产品，从而给气象预报和航运、保险等多学科应用。

目前该研究成果已在《Atmospheric Research》杂志上发表，题目为“The extraordinarily large vortex structure of Typhoon In-fa (2021), observed by spaceborne microwave radiometer and synthetic aperture radar”, 中国气象局上海台风研究所为第一单位，第一作者为上海台风研究所孙梓曜助理研究员，通讯作者为上海台风研究所汤杰研究员。

论文信息：

Z. Sun, L. Bai, X. Zhu, et al., The extraordinarily large vortex structure of Typhoon In-fa (2021), observed by spaceborne microwave radiometer and synthetic aperture radar, Atmospheric Research (2023).

原文链接：

https://authors.elsevier.com/a/1hFBC_3t6leJhA

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(作者：孙梓曜、汤杰)