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德沃夏克分析法

德沃夏克分析法（英语：Dvorak Technique）是由维农·德沃夏克（Vernon Dvorak）根据多年经验及统计概括后所创下的一项利用地球同步卫星的可见光及红外线卫星云图来评估热带气旋强度的方法[1]。

德沃夏克分析法中热带气旋发展常见的几种演进类型
台风海燕达到T8.0的德法分析强化图像

德沃夏克分析法是现时国际通行的分析法。这套分析法在1984年发表[1]，1987年正式由世界气象组织通过使用[2]。

历史

 
用德沃夏克分析法无法确定亚热带风暴安德烈亚等非热带气旋的风暴的气旋强度，因为它仅适用于热带气旋

早期探索

卫星图像作为台风定位定强最常用的资料，在台风业务预报实践中的应用一直是广大业务科研工作人员所关注 的重要课题之一。这方面早期的研究工作包括20世纪60年代Sadler、Fett、Fritz等和Hubert等利用卫星云图估计台风强度的初步尝试，但由于当时卫星探测技术的局限，并没有取得实质性的突破[2]。

1969年，弗农·德沃夏克利用西北太平洋热带气旋的卫星图片及相关实测数据对这项技术进行了初步开发，最初设想的系统涉及云特征与发展和衰减模型的模式匹配。20世纪70年代，美国国家海洋和大气管理局的Dvorak在多年预报经验及气象侦察飞机观测资料的基础上，建立了一种基于当时可见光（VIS）和红外（IR）云图的台风云型特征与台风强度的统计关系，并逐渐发展出一套基于卫星图像台风云型特征的热带气旋强度估计技术[2]。

成熟

随着该技术在20世纪70年代和80年代的成熟，对云层特征的测量在定义热带气旋强度和热带气旋低压区的中心压力方面成为主导。红外线卫星图像的使用导致了对热带气旋强度的更客观的评估，使用眼壁内的云顶温度并与眼内的温暖温度进行对比。对短期强度变化的制约，与1970年代和1980年代时相比，使用的频率较低。分配给热带气旋的中心压力需要修改，因为最初的估计在大西洋低了5-10毫巴（0.15-0.29 英寸汞柱 ），在西北太平洋高了20毫巴（0.59 英寸汞柱 ）。这导致了为西北太平洋开发一个单独的风压关系，由Atkinson和Holliday在1975年设计，然后在1977年修改。[3]经过多年业务实践，该技术已成为最成熟的利用卫星云图确定台风强度的方法，并成为了缺少飞机探测条件下确定台风强度的世界通用标准。此后该方法于1987年为世界气象组织推荐使用[2]。

数值测定

大部分地区都正把德沃夏克分析法作为确定热带气旋最大持续风速的唯一方法或主要方法，这种方法是以气象卫星的观测数值来进行判断[4]，通过对螺旋带的规模和风眼与风眼墙之间的温度差来确定热带气旋的最大持续风速和气压[5]。低气压区中心的中心中心气压值为估计值。飓风的强度则是根据登陆时间和最大强度一起得出[6]。对精细卫星图像上单独云层的追踪还可以用来进一步估计热带气旋的表面风速[7]。

如果可以的话，科研人员也会使用船舶和陆地的观测数据。大西洋以及太平洋的中部和东部仍然会动用侦察机飞入热带气旋来确定飞行高度层的风力，而太平洋西北部则由香港天文台委托飞行服务队下投探空仪确定风力，这个数据加以调整后可以对最大持续风速做出相当可靠的估算。经过之前十年使用全球定位系统投落送后得出的大量数值已经证实，将飞行高度层取样的风速减少10%以后，就可以用来对接近地表的最大持续风速作出估算[8]。多普勒气象雷达也可以用来以相同的方法确定接近陆地热带气旋的表面风速[9]。

德沃夏克T级和其相对应的强度[10]
T级 一分钟平均风速 种类（SSHWS） 中心最低气压
（节） （英里） （公里） 大西洋 西北太平洋
1.0-1.5 25 29 45 类热带低压


2.0 30 35 55 热带低压 1009 1000
2.5 35 40 65 热带风暴 1005 998
3.0 45 52 83 热带风暴 1000 991
3.5 55 63 102 强热带风暴 994 984
4.0 65 75 120 1级飓风 987 976
4.5 77 89 143 1级-2级飓风 979 966
5.0 90 104 167 2级-3级飓风 970 954
5.5 102 117 189 3级飓风 960 941
6.0 115 132 213 4级飓风 948 927
6.5 127 146 235 4级飓风 935 915
7.0 140 161 260 5级飓风 921 898
7.5 155 178 287 5级飓风 906 879
8.0 170 196 315 5级飓风 890 858
8.5† 185 213 343 5级飓风 873 841
注意:西北太平洋海盆列表所展示的气压为全大洋中最低值，而大西洋海盆只是相对低。[11]
†只在气象卫星合作研究所（英语：Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies）和美国国家海洋和大气管理局先进的德沃夏克系统中存在，平常的主观分析中并不适用。[12]
几个热带气旋的卫星图像及其根据德沃夏克分析法得出的对应数值
       
热带风暴威尔玛，T3.0 热带风暴丹尼斯，T4.0 飓风珍妮，T5.0 飓风艾米莉，T6.0

误差与改进

由于使用该技术的人类分析员必然存在主观的偏见，但人们已经努力使用计算机程序做出更客观的估计，这得到了更高分辨率的卫星图像和更强大的计算机的帮助。由于热带气旋的卫星模式会随着时间的推移而波动，自动技术使用六小时的平均周期，导致更可靠的强度估计。客观的德沃夏克技术的发展始于1998年，它在有眼（飓风或台风强度）的热带气旋中表现最好。它仍然需要手动放置中心，在这个过程中保持一些主观性。到2004年，一种先进的客观的德沃夏克技术被开发出来，它利用带状特征来处理低于飓风强度的系统，客观地确定热带气旋的中心。2004年发现了一个中心压力的偏差，它与对流层顶的斜率和云顶温度有关，它随着纬度的变化而变化，有助于改善客观技术中的中心压力估计。

优点与劣势

使用该技术的最重要的好处是，它提供了一个更完整的热带气旋强度的历史，在那些既不可能也没有常规的飞机侦察的地区，且可以有效的避免飞行员丧失生命。

目前，最大持续风的强度估计在飞机能够测量的一半时间内，在5英里/小时（8.0公里/小时）之内，尽管对强度在中等热带风暴力（60英里/小时（97公里/小时））和弱飓风或台风力（100英里/小时（160公里/小时））之间的系统的强度分配是最不确定的。它的整体精度并不总是真实的，因为技术的改进导致1972年和1977年之间的强度变化高达每小时20英里（32公里）。该方法在内部是一致的，因为它制约了热带气旋强度的快速增加或减少。一些热带气旋的强度波动超过了规则所允许的每天2.5T数的限制，这可能对该技术不利，并导致自1980年代以来偶尔放弃约束。在卫星图像的边缘，或边缘附近有小眼的系统，使用该技术可能偏得太弱，这可以通过使用极地轨道卫星图像来解决。亚热带气旋的强度不能用Dvorak来确定，这导致了1975年Hebert-Poteat技术的发展。正在进行外热带过渡的气旋，失去了它们的雷暴活动，使用Dvorak技术可以看到它们的强度被低估了。这导致了Miller和Lander热带外过渡技术的发展，在这些情况下可以使用。[13]

参考资料

  1. ^ 1.0 1.1 US Department of Commerce, NOAA. Dvorak Technique - Satellite Services Division - Office of Satellite Data Processing and Distribution. www.ssd.noaa.gov. [2022-03-19]. （原始内容存档于2021-12-29） （美国英语）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 台风定强技术及业务应用——以Dvorak技术为例--《气象科技进展》2015年04期. www.cnki.com.cn. [2022-03-19]. [失效链接]
  3. ^ Velden, Christopher; Bruce Harper; Frank Wells; John L. Beven II; Ray Zehr; Timothy Olander; Max Mayfield; Charles “Chip” Guard; Mark Lander; Roger Edson; Lixion Avila; Andrew Burton; Mike Turk; Akihiro Kikuchi; Adam Christian; Philippe Caroff & Paul McCrone. The Dvorak Tropical Cyclone Intensity Estimation Technique: A Satellite-Based Method That Has Endured For Over 30 Years (PDF). Bulletin of the American Meteorological Society. September 2006, 87 (9): 1195–1214 [2012-09-26]. Bibcode:2006BAMS...87.1195V. doi:10.1175/bams-87-9-1195. （原始内容存档 (PDF)于2008-09-17）. 
  4. ^ Christopher S. Velden; Timothy L. Olander; Raymond M. Zehr. Objective Dvorak Technique. University of Wisconsin–Madison. [2014-02-23]. （原始内容存档于2014-02-23）. 
  5. ^ Chris Landsea. Subject: H1) What is the Dvorak technique and how is it used?. Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory. 2010-06-08 [2014-02-23]. （原始内容存档于2014-01-25）. 
  6. ^ National Hurricane Center. Saffir-Simpson Hurricane Scale Information. National Oceanic and Atmospheric Administration. 2006-06-22 [2014-02-23]. （原始内容存档于2014-01-11）. 
  7. ^ A. F. Hasler; K. Palaniappan; C. Kambhammetu; P. Black; E. Uhlhorn; D. Chesters. High-Resolution Wind Fields within the Inner Core and Eye of a Mature Tropical Cyclone from GOES 1-min Images. [2014-02-23]. （原始内容存档于2020-06-09）. 
  8. ^ James L. Franklin; Michael L. Black; Krystal Valde. GPS dropwindsonde wind profiles in hurricanes and their operational implications. Weather and forecasting. 2003, 18: 32-44 [2014-02-23]. ISSN 0882-8156. （原始内容存档于2012-09-21）. 
  9. ^ J. TUTTLE; R. GALL. A single-radar technique for estimating the winds in tropical cyclones. Bulletin of the American Meteorological Society. 1999, 80: 653–668 [2014-02-23]. ISSN 0003-0007. （原始内容存档于2012-09-21）. 
  10. ^ Satellite and Information Service Division. Dvorak Current Intensity Chart. National Oceanic and Atmospheric Administration. April 17, 2005 [2006-06-12]. （原始内容存档于2006-06-17）. 
  11. ^ 引用错误：没有为名为HRD的参考文献提供内容
  12. ^ Timothy L. Olander; Christopher S. Velden. ADT – Advanced Dvorak Technique Users' Guide (McIDAS Version 8.2.1) (PDF). Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies (报告) (University of Wisconsin–Madison). February 2015: 49 [October 29, 2015]. （原始内容存档 (PDF)于2021-03-16）. 
  13. ^ 引用错误：没有为名为evolution2的参考文献提供内容

外部链接

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