FY-3双频散射计反演台风降水区风场的模拟研究
摘要
洋面风场是大气和海洋学中的重要物理参数。相比传统探测手段,极轨气象卫星以其昼夜观测和全球覆盖能力,能实现对热带气旋中洋面风场的持续密集观测,为热带气旋的强度、路径预报预警提供更精确的观测数据。装载在风云三号上的微波散射计又称风场测量雷达(Wind Field Radar,WFR),工作频段为 Ku 波段(13.5GHz)和C 波段(5.3GHz),是我国气象卫星对洋面风场的唯一观测方式。在中低风速无降雨的条件下,散射计常用的地球物理模型能够很好的描述洋面后向散射与风矢量之间的关系,但海洋灾害性天气中的降雨会破坏后向散射系数,对风场反演产生极大影响。误差来源于大气中降水的后向散射和衰减,以及雨滴对洋面粗糙度的改变。本文基于辐射传输方程构建降雨理论模型,分析散射计测量雷达回波对近洋面降雨率变化的响应。并利用正演生成的FY-3 风场测量雷达对热带气旋Ivan 测量的双频雷达回波数据集,分析降雨对不同风速区间内风场反演的影响。对模拟数据的分析结果显示:回波的衰减或增强取决于降雨衰减项和后向散射项的相对大小;台风中的降雨能使反演风速偏小,风向精度降低,Ku 波段相对于C 波段更易受到影响,当风速增加到30-40 m.s-1,降雨率超过30 mm.h-1 时,Ku 波段反演风速偏低18m.s-1,与NOAA 的大西洋飓风实地实验观测结果一致。 C 波段受降水影响较小,并能获取较高风速的风矢量,而Ku 波段利于探测低速风场,并有较高空间分辨率。双频散射计结合Ku 和C 双频优势,有反演各种风速下的风矢量并显著减小降雨影响的潜力。本文为研究FY-3 风场测量雷达在热带气旋Ivan 降雨区的测风能力,对改进强降水下风速反演精度的双频反演算法进行了初步研究。反演结果表明:双频反演的新方法结合Ku 波段与C 波段的优势,在分辨率上优于 C 单频反演,相对Ku 单频反演能降低降雨对测风的衰减作用,特别是双频分区反演方法能显著减小降雨偏差,在有风云三号湿度计同步观测的条件下,是提高台风降水区测风精度的有效手段。