从稀疏 CYGNSS 标量观测反演全球公里尺度热带气旋内核矢量风
摘要
热带气旋（TC）内核表面矢量风是强度预报和风暴潮预测的基础，然而直接观测仍然稀缺：常规飞机侦察仅限于北大西洋和东太平洋，且即使在这些区域，对每个风暴的采样也只是零星的。CYGNSS 是唯一能穿透强降水以测量内核表面风的卫星，但它提供的是无方向性的标量风速，且未被任何业务化分析系统同化。在此我们表明，通过将基于分数的扩散同化推广至非线性观测算子并注入三个 TC 边界层约束，仅从稀疏的 CYGNSS 标量观测即可在全球范围内以 1.5 km 分辨率重构 TC 内核的完整 10 m 矢量风场；我们进一步提出了一种 CYGNSS 固有的观测覆盖充分性（OCS）准则，可在无外部参考的情况下标记可靠的重构结果。该方法应用于六个活跃海盆（2020-2022）中 249 个 TC 的 4,955 张快照，重构结果相对于 ERA5 和 CCMP，将系统性的 Vmax 偏差较 IBTrACS 最佳路径分别降低了约 79% 和约 75%。独立的尾多普勒雷达验证（47 个风暴）显示，在 23 个覆盖充分的案例中风速均方根误差（RMSE）为 6.9 m/s（总体为 7.5 m/s）；在全样本上的消融实验表明，物理约束将风向 RMSE 降低了 60%，且未降低风速精度。该框架进一步支持异质观测的联合同化：对于 2022 年的 TC FIONA，在 CYGNSS 基础上仅增加 11 个投落探空矢量，便使穿眼剖面 RMSE 降低了 42%，勾勒出将 CYGNSS 与 SFMR、SAR 和散射计数据融合的实用途径。其结果是跨越所有六个活跃海盆（包括那些缺乏常规飞机侦察的区域）的、具有全球一致性的、以观测为锚的公里尺度 TC 内核矢量风描述。
引用
@article{arxiv.2605.18477,
title = {Global kilometre-scale tropical cyclone inner-core vector winds from sparse scalar CYGNSS observations},
author = {Xinhai Han and Xiaohui Li and Jingsong Yang and Zeyi Niu and Guoqi Han and Jiuke Wang and Wei Huang and Yunxia Zheng and Hanyue Ni and Yiqi Wang and Wei Tao and Lotfi Aouf and Shaoliang Peng and Dake Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.18477},
year = {2026}
}
备注
33 pages, 10 figures, 5 tables. Supplementary information available as an ancillary file