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德沃夏克分析法

德沃夏克分析法（英語：Dvorak Technique）是由維農·德沃夏克（Vernon Dvorak）根據多年經驗及統計概括後所創下的一項利用地球同步衛星的可見光及紅外線衛星雲圖來評估熱帶氣旋強度的方法[1]。

德沃夏克分析法中熱帶氣旋發展常見的幾種演進類型
颱風海燕達到T8.0的德法分析強化圖像

德沃夏克分析法是現時國際通行的分析法。這套分析法在1984年發表[1]，1987年正式由世界氣象組織通過使用[2]。

歷史

 
用德沃夏克分析法無法確定亞熱帶風暴安德烈亞等非熱帶氣旋的風暴的氣旋強度，因為它僅適用於熱帶氣旋

早期探索

衛星圖像作為颱風定位定強最常用的資料，在颱風業務預報實踐中的應用一直是廣大業務科研工作人員所關注 的重要課題之一。這方面早期的研究工作包括20世紀60年代Sadler、Fett、Fritz等和Hubert等利用衛星雲圖估計颱風強度的初步嘗試，但由於當時衛星探測技術的局限，並沒有取得實質性的突破[2]。

1969年，弗農·德沃夏克利用西北太平洋熱帶氣旋的衛星圖片及相關實測數據對這項技術進行了初步開發，最初設想的系統涉及雲特徵與發展和衰減模型的模式匹配。20世紀70年代，美國國家海洋和大氣管理局的Dvorak在多年預報經驗及氣象偵察飛機觀測資料的基礎上，建立了一種基於當時可見光（VIS）和紅外（IR）雲圖的颱風雲型特徵與颱風強度的統計關係，並逐漸發展出一套基於衛星圖像颱風雲型特徵的熱帶氣旋強度估計技術[2]。

成熟

隨著該技術在20世紀70年代和80年代的成熟，對雲層特徵的測量在定義熱帶氣旋強度和熱帶氣旋低壓區的中心壓力方面成為主導。紅外線衛星圖像的使用導致了對熱帶氣旋強度的更客觀的評估，使用眼壁內的雲頂溫度並與眼內的溫暖溫度進行對比。對短期強度變化的制約，與1970年代和1980年代時相比，使用的頻率較低。分配給熱帶氣旋的中心壓力需要修改，因為最初的估計在大西洋低了5-10毫巴（0.15-0.29 英吋汞柱 ），在西北太平洋高了20毫巴（0.59 英吋汞柱 ）。這導致了為西北太平洋開發一個單獨的風壓關係，由Atkinson和Holliday在1975年設計，然後在1977年修改。[3]經過多年業務實踐，該技術已成為最成熟的利用衛星雲圖確定颱風強度的方法，並成為了缺少飛機探測條件下確定颱風強度的世界通用標準。此後該方法於1987年為世界氣象組織推薦使用[2]。

數值測定

大部分地區都正把德沃夏克分析法作為確定熱帶氣旋最大持續風速的唯一方法或主要方法，這種方法是以氣象衛星的觀測數值來進行判斷[4]，通過對螺旋帶的規模和風眼與風眼牆之間的溫度差來確定熱帶氣旋的最大持續風速和氣壓[5]。低氣壓區中心的中心中心氣壓值為估計值。颶風的強度則是根據登陸時間和最大強度一起得出[6]。對精細衛星圖像上單獨雲層的追蹤還可以用來進一步估計熱帶氣旋的表面風速[7]。

如果可以的話，科研人員也會使用船舶和陸地的觀測數據。大西洋以及太平洋的中部和東部仍然會動用偵察機飛入熱帶氣旋來確定飛行高度層的風力，而太平洋西北部則由香港天文台委託飛行服務隊下投探空儀確定風力，這個數據加以調整後可以對最大持續風速做出相當可靠的估算。經過之前十年使用全球定位系統投落送後得出的大量數值已經證實，將飛行高度層取樣的風速減少10%以後，就可以用來對接近地表的最大持續風速作出估算[8]。都卜勒氣象雷達也可以用來以相同的方法確定接近陸地熱帶氣旋的表面風速[9]。

德沃夏克T級和其相對應的強度[10]
T級 一分鐘平均風速 種類（SSHWS） 中心最低氣壓
（節） （英里） （公里） 大西洋 西北太平洋
1.0-1.5 25 29 45 類熱帶低壓


2.0 30 35 55 熱帶低壓 1009 1000
2.5 35 40 65 熱帶風暴 1005 998
3.0 45 52 83 熱帶風暴 1000 991
3.5 55 63 102 強熱帶風暴 994 984
4.0 65 75 120 1級颶風 987 976
4.5 77 89 143 1級-2級颶風 979 966
5.0 90 104 167 2級-3級颶風 970 954
5.5 102 117 189 3級颶風 960 941
6.0 115 132 213 4級颶風 948 927
6.5 127 146 235 4級颶風 935 915
7.0 140 161 260 5級颶風 921 898
7.5 155 178 287 5級颶風 906 879
8.0 170 196 315 5級颶風 890 858
8.5† 185 213 343 5級颶風 873 841
注意:西北太平洋海盆列表所展示的氣壓為全大洋中最低值，而大西洋海盆只是相對低。[11]
†只在氣象衛星合作研究所（英語：Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies）和美國國家海洋和大氣管理局先進的德沃夏克系統中存在，平常的主觀分析中並不適用。[12]
幾個熱帶氣旋的衛星圖像及其根據德沃夏克分析法得出的對應數值
       
熱帶風暴威爾瑪，T3.0 熱帶風暴丹尼斯，T4.0 颶風珍妮，T5.0 颶風艾米莉，T6.0

誤差與改進

由於使用該技術的人類分析員必然存在主觀的偏見，但人們已經努力使用電腦程式做出更客觀的估計，這得到了更高解析度的衛星圖像和更強大的計算機的幫助。由於熱帶氣旋的衛星模式會隨著時間的推移而波動，自動技術使用六小時的平均周期，導致更可靠的強度估計。客觀的德沃夏克技術的發展始於1998年，它在有眼（颶風或颱風強度）的熱帶氣旋中表現最好。它仍然需要手動放置中心，在這個過程中保持一些主觀性。到2004年，一種先進的客觀的德沃夏克技術被開發出來，它利用帶狀特徵來處理低於颶風強度的系統，客觀地確定熱帶氣旋的中心。2004年發現了一個中心壓力的偏差，它與對流層頂的斜率和雲頂溫度有關，它隨著緯度的變化而變化，有助於改善客觀技術中的中心壓力估計。

優點與劣勢

使用該技術的最重要的好處是，它提供了一個更完整的熱帶氣旋強度的歷史，在那些既不可能也沒有常規的飛機偵察的地區，且可以有效的避免飛行員喪失生命。

目前，最大持續風的強度估計在飛機能夠測量的一半時間內，在5英里/小時（8.0公里/小時）之內，儘管對強度在中等熱帶風暴力（60英里/小時（97公里/小時））和弱颶風或颱風力（100英里/小時（160公里/小時））之間的系統的強度分配是最不確定的。它的整體精度並不總是真實的，因為技術的改進導致1972年和1977年之間的強度變化高達每小時20英里（32公里）。該方法在內部是一致的，因為它制約了熱帶氣旋強度的快速增加或減少。一些熱帶氣旋的強度波動超過了規則所允許的每天2.5T數的限制，這可能對該技術不利，並導致自1980年代以來偶爾放棄約束。在衛星圖像的邊緣，或邊緣附近有小眼的系統，使用該技術可能偏得太弱，這可以通過使用極地軌道衛星圖像來解決。亞熱帶氣旋的強度不能用Dvorak來確定，這導致了1975年Hebert-Poteat技術的發展。正在進行外熱帶過渡的氣旋，失去了它們的雷暴活動，使用Dvorak技術可以看到它們的強度被低估了。這導致了Miller和Lander熱帶外過渡技術的發展，在這些情況下可以使用。[13]

參考資料

  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]. （原始內容存檔於2021-12-29） （美國英語）. 
  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]. [失效連結]
  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. （原始內容存檔 (PDF)於2008-09-17）. 
  4. ^ Christopher S. Velden; Timothy L. Olander; Raymond M. Zehr. Objective Dvorak Technique. University of Wisconsin–Madison. [2014-02-23]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2014-01-25）. 
  6. ^ National Hurricane Center. Saffir-Simpson Hurricane Scale Information. National Oceanic and Atmospheric Administration. 2006-06-22 [2014-02-23]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於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. （原始內容存檔於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. （原始內容存檔於2012-09-21）. 
  10. ^ Satellite and Information Service Division. Dvorak Current Intensity Chart. National Oceanic and Atmospheric Administration. April 17, 2005 [2006-06-12]. （原始內容存檔於2006-06-17）. 
  11. ^ 引用錯誤：沒有為名為HRD的參考文獻提供內容
  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 (報告) (University of Wisconsin–Madison). February 2015: 49 [October 29, 2015]. （原始內容存檔 (PDF)於2021-03-16）. 
  13. ^ 引用錯誤：沒有為名為evolution2的參考文獻提供內容

外部連結

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