海洋二号卫星台风监测概况

●　文| 国家卫星海洋应用中心　　张毅

海洋二号卫星台风监测概况

●文| 国家卫星海洋应用中心张毅

海洋二号卫星简介

2011年8月16日，海洋二号A星（HY-2A）在太原卫星发射中心成功发射。HY-2A卫星是我国第一颗海洋动力环境卫星，星上搭载微波散射计、雷达高度计、扫描微波辐射计和校正微波辐射计4个微波遥感器，具有全天时、全天候、全球连续探测的能力［1］。HY-2A卫星能够实现全球海面风场、海面高度、浪高、海面温度等多种海洋动力环境要素的高精度同步测量，是海洋开发、资源利用、防灾减灾的重要空间监测平台，能够直接为灾害性海况预警和海洋科学研究提供实测数据，服务于国民经济建设和国防建设［2］。

一、海洋二号卫星微波散射计简介

HY-2A微波散射计采用双点笔形波束体制［3］。天线采用抛物反射面天线，产生两个点波束，其中内波束水平极化，外波束垂直极化。通过360°旋转实现对同一分辨单元4次不同方位角测量。

天线波束围绕中心轴360°扫描，扫描速度为95°/s（低转速）或105°/s（高转速）。天线波束足迹扫描方向为逆时针。天线视角：内波束为34.8°；外波束为40.7°。

作为其主载荷之一的微波散射计已在全球范围内获取了近23000轨数据。在轨测试的结果表明，HY-2A微波散射计对海面风速、风向的观测精度达到设计指标，微波散射计海面风场（见图1）观测具有大尺度、全天时、全球观测的特点，使HY-2A卫星能够在台风监测中发挥独特的作用［4］。

图1　HY-2A微波散射计全球观测海面风场

国内外学者已经利用QuikSCAT微波散射计（Seawinds）数据对台风海面风场开展了深入而广泛的研究，由于在台风形成初期，海面风场涡旋的尺度较小，数值预报模式（NWP）很难对其作出准确的预报，而利用Seawinds风场数据后，将优先于传统方式获取热带低气压信息，这将有助于热带风暴的预报［5-7］。

二、海洋二号卫星台风监测

台风的监测和研究离不开卫星观测资料，与其他卫星观测数据不同，HY-2A微波散射计获取的是海表面风场的空间分布，风速、风向等信息直接反映海面的真实情况。因此，HY-2A微波散射计为研究人员和业务人员研究和分析预测台风提供了新的数据源，是对其他卫星数据的重要补充。作为我国首颗综合动力环境卫星，HY-2A卫星可以同时获取海面风场、海面温度、海面高度等海洋动力环境参数，其中海面风场观测具有大尺度、全天时、全球观测的特点，一天可以覆盖全球90%以上的海域面积，正是这种全球探测能力使HY-2A卫星在台风监测中发挥独特的作用。

如图2所示，以2012年第9号台风“苏拉”为例，早在其还是热带低压时，HY-2A卫星就已经捕捉到了它在菲律宾以东洋面上的形态特征，观测数据实时地发往国家海洋环境预报中心，为相关部门的分析研判及预报提供决策依据。对台风路径的预报是预报工作的重点，HY-2A卫星准确捕捉到了台风中心的位置并跟踪其位置变化，从HY-2A卫星的观测序列中可以获取台风“苏拉”的行进路线及移动速度，这对台风预报非常重要，虽然我们无法直接利用HY-2A卫星观测数据对台风的下一步发展做出预报，但可以用HY-2A卫星的观测结果来检验预报的准确性，从而能够改进和提高台风预报的精度。在台风到来时，其他观测手段难以施展，卫星观测资料弥足珍贵，而与其他卫星观测数据不同，HY-2A卫星获取的是海表面风场的空间分布情况，风速、风向等信息直接反映海面的真实情况，因此不管是在台风行进的过程中还是在台风登陆的前夕，HY-2A卫星提供的观测资料对台风强度及其破坏性的判断都是直观而有效的依据。

图2　HY-2A卫星观测到的2012年第9号台风“苏拉”的中心位置

如图3所示，以2015年第19号台风“杜鹃”为例，HY-2A卫星准确捕捉到了台风中心的位置并跟踪其位置变化，从HY-2A卫星的观测序列中可以获取台风“杜鹃”的行进路线及移动速度。下面四幅卫星专题图是HY-2A卫星微波散射计在四个不同的时刻对2015年第19号台风“杜鹃”的观测图。台风中心区域风速较低，整体结构非常清晰，连续的海面风场监测有助于对台风路径和强度的变化等信息的预测。

图3（1）　20150926　22：24：57

图3　HY-2A卫星观测到的2015年第19号台风“杜鹃”的中心位置

四、总结

HY-2A卫星微波散射计已经稳定运行近五年时间，在此过程中获得了大量的全球海面风场数据，HY-2A卫星的观测数据将被同化进数值模式预报系统，在台风预报、风暴潮预报等领域发挥更大的作用。同时，长时间序列的全球海面风场资料将提供给各科研单位及院校，推动我国海洋科学研究的发展，使HY-2A卫星的社会及经济效益最大化。

［1］蒋兴伟， 宋清涛. 海洋卫星微波遥感技术发展现状与展望［J］. 科技导报， 2010， 28（3）：105-111.

［2］蒋兴伟， 林明森， 宋清涛.海洋二号卫星主被动微波遥感探测技术研究［J］.中国工程科学，2013，15（7）：4-11.

［3］王小宁， 刘丽霞， 陈文新. 海洋二号卫星微波散射计系统设计与应用［J］. 中国工程科学， 2013，15（7）：33-38.

［4］林明森， 张毅， 宋清涛， 解学通， 邹巨洪. HY-2A卫星微波散射计在西北太平洋台风监测中的应用研究［J］.中国工程科学， 2014， 16（6）： 46-53.

［5］Lars lsaksen， Ad Stoffelen. ERS Scatterometer Wind Data lmpact on ECMWF's Tropical Cyclone Forecasts ［J］. lEEE transactions on geoscience and remote sensing， 2000， 38 （4）：1885-1892.

［6］Julia Figa， Ad Stoffelen. On the Assimilation of Ku-Band Scatterometer Winds for Weather Analysis and Forecasting ［J］. lEEE transactions on geoscience and remote sensing， 2000， 38 （4）：1893-1902.

［7］Dudley B. Chelton， Michael H. Freilich. Scatterometer-Based Assessment of 10-m Wind Analyses from the Operational ECMWF and NCEP Numerical Weather Prediction Models ［J］. American Meteorological Society， 2005， 133（2）：409-429.