用GPM分析一次台风过程

论文总字数：14780字

目 录

1. 引言···················································· 1

1.1研究背景和意义·························································· 1

1.2国内外研究现状·························································· 2

1.3本文研究目的和内容······················································ 2

1. GPM卫星介绍································3

2.1GPM计划简介·································3

2.2GPMDPR及其产品和资料介绍································3

2.3GMI及其资料和产品介绍····························4

3.台风‘彩虹’GPM资料的分析······························ 5

3.1台风活动路径和云系·····························5

3.2DPR回波信号的水平和垂直分析························8

3.2.1DPR回波信号水平分析···························8

3.2.2DPR回波信号垂直分析···························9

1. 结论、讨论及未来展望·························10

参考文献································12

致谢··································13

用GPM资料分析一次台风过程

李晟祺

, China

Abstract: This paper makes a case study of Mujigae, No. 22, 2015, using the data from GlobalPrecipitation Measurement (GPM) satellite program. Typhoon 'Rainbow' has the characteristics of fast development, strong landing strength and strong vitality, strong rainfall and so on. In this paper, the horizontal structure of typhoon "Rainbow" precipitation system of 1522 Typhoon 'Rainbow' is analyzed. The horizontal structure is observed from the eye area, And the spiral cloud zone around the dense cloud area. And then its vertical structure analysis, the vertical structure from the cloud wall area and the gap composition. Combined with the analysis of the ground precipitation rate, it can be found that the typhoon precipitation mainly occurs in the vertical cloud wall area and the inner spiral cloud zone. With these analyzes, we have deepened our understanding of the typhoon precipitation structure and thus improved the ability to forecast tropical cyclone precipitation.

Key words: GPM; typhoon; precipitation

1引言

1.1研究背景及意义

台风（Typhoon）的定义是说赤道线向北，地球表面180°经线向西，亚洲和太平洋附近的一些国家或地区对于热带气旋这一气旋性环流系统的分级。按照世界气象组织（World Meteorological Organization）给出的定义，在气象的范畴内，热带气旋的中心风速如果达到12级并持续一定时间就可以称之为飓风（Hurricane）。它的近义词就是台风，将会在西北太平洋的国家和地区使用。世界气象组织和日本气象厅都将“台风”定义为热带气旋的最高级别，与此同时，世界各地的气象部门会按照本国或本地区的世界情况，依照需求，从而设立更高的气旋的级别，如中国中央气象台及香港天文台会将一部分达到强度的台风命名为强台风或超强台风，台湾气象局也会将一些台风按照规定命名为强烈台风，美国联合台风警报中心定义过超级台风。从非气象学狭义的范畴上来看，“台风”这个词并不是表征热带气旋的强度。在台湾、日本等地区，热带气旋的中心持续风速只要达到或超过每秒17.2米就能够称其为台风。从更宽泛的角度来说，在某些非正式的场合，“台风”这个词甚至可以直接代替热带气旋的定义。当位于西北太平洋的热带气旋发展成为热带风暴的强度，位于本区域并专责于热带气旋预报的气象中心就会对这个热带气旋进行编号和命名，同时，台风的名字是由世界气象组织台风委员会的14个国家和地区分别提供，共同制定的。

台风，一般生成于热带地区的海洋洋面，在这些地区，由于日照等原因气温十分的高，大批海水受热蒸发从而上升到了高空，位于空中的海水在上升的区域构成了了低压中心。伴随地球的运动变化和气压本身的改变，低气压中心中的空气将旋转起来构成一个逆时针旋转的空气漩涡，这个空气漩涡就是热带气旋。在发展的过程中，在气温维持或升高的条件下，热带气旋将会越来越旺盛，最终，当强度达到一定等级，就定义为台风。

全球范围内，中国是受到台风威胁最大的国度之一。在台风经过的时候，多数情况下会出现风雨交加的天气状况，引起洋面上的巨大浪潮，对人类出海工作或海上作业造成不利的影响。同时，台风登陆有人类居住的地区后，所带来的高强度降雨从而可能造成洪涝灾害，毁坏农田、房屋等设施，对人类的人身安全和财产安全形成损失。从另外一个方面讲，台风天气将影响人类的日常生活，造成交通出行的不便。随着台风生成发展登陆的狂风天气、强降水天气若未被气象部门很精确地预测，并联合其他政府部门做好防灾减灾的相关工作，就要对人民生产生活产生破坏性的影响。因此对于台风的研究十分重要。要真正了解台风带来的大风天气、强降水天气就要更好的了解台风结构和台风造成的降水结构。这些科研项目对做好台风带来的灾害的防灾减灾工作有不可替代的作用。

对降水或台风降水的观测，传统上研究主要依靠地基雷达或地面站降水传感器进行探测，但这些观测研究方法受到探测范围、有效探测距离及气象条件的约束。相比于传统的常规和非常规的观测，卫星观测不会受到地区、时区的限定，能够实现对全球（包括洋面）的全面观测。利用星载雷达的主动微波遥感对台风结构及降水进行观测具有全天候，全天时，测量参数雷达反射率与降水强度直接相关等优势，因此通过星载雷达资料对台风进行研究已经成为当前研究台风及其降水的重要方式。

由美国和共同开发的的GPM（Global Precipitation Measurement）主卫星在2014年2月28日联合发射升空（Hou et al，2014）。在GPM上，搭载了世界第一部双频测雨雷达DPR（Dual-frecuncy Precipitation Radar）。此外，波段微波成像仪GMI（GPM Microwave Imager）也被安装在GPM上，从而使其具有在微波波段的探测能力。

GPM主卫星搭载的仪器DPR相比于热带测雨卫星TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission）搭载的测雨雷达PR（Precipitation Radar）在技术上和性能上都有了巨大的改进和提升；此外GPM携带的GMI相比于微波成像仪TMI（TRMM Microwave Imager）也有了很多科研技术上突破，这为我们更进一步的研究全球降水提供的新的机遇（唐国强等，2014）。利用GPM携带的双频降水测量雷达DPR对台风进行分析以新的视角为我们提供了更加全面可靠的数据资料，不仅扩大了观测范围，而且还自上而下地对降水进行观测，从而，让我们对台风的极其降水结构有更深入全面的了解。

GPM主卫星已在轨3年，有充足的资料，本文将简单的对GPM计划主卫星仪器进行阐述。同时利用GPM主卫星搭载的双频测雨雷达资料对2015年第22号台风“彩虹” 这个个例进行分析。

1.2国内外研究现状

作为现在已结束使命的热带测雨卫星 TRMM 的后续计划，GPM 主卫星也是用于测量降雨的卫星，它搭载的仪器是人类至今研发的先进的仪器，卫星探测器可以分辨液相态，冰相态等许多相态的降水。它的观测区域是一个半径 5km 的区域，对于卫星探测而言，这是一个十分精确的区域。此外，它的探测范围笼罩了全界陆地和海洋表面九成的面积。GPM 主卫星上主要搭载了双频测雨雷达 DPR和微波成像仪 GMI这两个先进仪器，其中DPR是由13.6 GHz 的 KuPR 和 35.5 GHz 的 KaPR组成。 GPM 主卫星搭载的这两个先进的探测仪器相比于 TRMM有了很大的改进，通过对降水云的结构和动能系统进行观测,我们可以更好地了解降水过程。此外，GPM卫星也可以让我们在对降水的观测的范围和精确上有一个质的飞跃。国内已有部分利用其资料产品对降雪，降雨，台风等个例进行分析的研究。

利用GPM DPR的探测数据，无论是国内的专家学者还是过外教授、科学家，都做了很多有突破意义的科研工作。2014年Kotsuki得到了DPR探测到的数据产品与NICAM（the Nonhydrostatic Icosahedral Atmospheric Model）模式产品的结果相一致的结论，初步证明了DPR数据的可靠性。2015年Hamada研究出了GPM探测弱回波降水时的下限值为12dBz，对比TRMM的18dBz，得出GPM搭载的DPR对弱降水更敏感的结论（Hamada et al, 2015）。同样还是2015年Chandrasekar and Minda对GPM轨道扫描的80个位于洋面的风暴系统的降水廓线类型和亮带信息进行了评估,得出DPR反演结果与KuPR一致的结论(Chandrasekar and Minda，2015)。同时他还将DPR反演的降水结果与地基雷达雷达反演结果做了对比，发现仍然也比较一致。这再一次论证了用GPM卫星搭载的双频测雨雷达（DPR）资料来研究降水或台风降水是可行且数据十分可靠。同年Shimozum对比分析了GPM和TRMM在探测强降水时在降水率这的区别，研究发现GPM的探测结果大于TRMM于是他分析了原因，即GPM中KuPR高估了路径积分衰减（Shimozum et al, 2015）。2015年Battaglia研究DPR在探测降水时会发生多次散射的现象，随后，他提出了一个新的降水反演算法，大大提高了DPR降水产品数据的准确性和精确度。（Battaglia et al, 2015）。

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