1 引言
　　热带气旋是发生在热带、亚热带地区海面上的气旋性环流，是一种具有极强破坏性的天气系统。
　　1.1 热带气旋及卫星观测的意义
　　热带气旋发生在西北太平洋及其沿岸地区通常被称为“台风（typhoon）”，而发生在大西洋、加勒比海和东北太平洋及其沿岸地区则被称为“飓风（hurricane）”。广义上而言，“台风”并非特指一种热带气旋强度。中心持续风速每秒17.2 m及以上的热带气旋（包括世界气象组织定义中的热带风暴、强热带风暴和台风）均称台风。在非正式场合，“台风”甚至直接泛指热带气旋本身。当西北太平洋的热带气旋达到热带风暴的强度，便给予其名称。名称由世界气象组织台风委员会的14个国家和地区提供。按照《热带气旋等级》国家标准(GB/T 19201—2006)，依据热带风暴附近大平均风速的大小将其划分为6个不同强度的等级，分别为热带低压（10.8～17.1m/s，风力6～7级）、热带风暴（17.2～24.4 m/s，风力8～9级）、强热带风暴（24.5～32.6 m/s，风力10～11级）、台风（32.7～41.4 m/s，风力12～13级）、强台风（41.5～50.9 m/s，风力14～15级）和超强台风（≥51.0 m/s，风力16级或以上）。
　　在海上的热带气旋引起滔天巨浪，狂风暴雨。有时会令船只沉没，国际航运受影响。但是热带气旋以登陆陆地时所造成的破坏最大，主要的直接破坏包括：①大风，飓风级的风力足以损坏以至摧毁陆地上的建筑、桥梁、车辆等。②风暴潮，热带气旋的风及气压造成的水面上升，可以淹没沿海地区。③大雨，热带气旋可以引起持续的倾盆大雨，在山区可能引起河水泛滥、泥石流等。
　　我国是世界上遭受台风影响最严重的国家之一，热带气旋达到一定强度后就会形成台风，每年有20个左右台风进入我国附近海域，其中大约有6～7个登陆东南沿海地区，严重影响当地居民的生命财产安全、生活与经济发展。
　　热带气旋（台风）往往发生在大洋中心，洋面观测资料稀少，通过常规观测方式，很难获得台风的精确位置、强度以及风场分布。自卫星遥感技术不断发展并进入业务化观测时代开始，卫星观测不仅能准确地显示台风的中心位置、强度，且能获得大范围的风场等信息，极大地提高了人类对台风的监测能力，台风的预警时间也大幅度提前。热带气旋的监测、预报及研究已离不开卫星观测资料。我国海洋卫星对台风的观测包括海洋水色系列卫星的热带气旋云图、海洋动力环境卫星和监测系列卫星的海面风场、台风眼位置、强度和路径等热带气旋信息的观测（林明森等，2014）。
　　星载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，星载微波散射计为研究人员和业务预报人员研究和分析预测台风提供了基础数据源。为了更好地为海洋环境预报、防灾减灾工作以及全球气候变化研究服务，我国海洋二号系列卫星（HY-2）搭载有微波散射计，可业务化地提供大尺度、全天时、全球观测海面风场，在台风监测中可发挥独特的作用。
　　国内外学者也已经利用QuikSCAT上搭载的SeaWinds微波散射计数据对台风海面风场开展了研究（林明森等，1997；Kristna et al.，1999;Yueh et al.，2003;Zou et al.，2009），由于在台风形成初期，海面风场涡旋尺度较小，数值天气预报(numerical weather prediction，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（Isaksen and Stoffelen，2000；Figa and Stoffelen，2000;Chelton and Freilich，2005）。高分辨率散射计数据对于解析风暴的水平结构，准确定位风暴中心的位置很有帮助（Williams and Long，2008）。SeaWinds数据对OPC海表风场的分析与预报所产生了重大影响，OPC大量使用实时、可靠的SeaWinds风场数据，约10%的短期海风警报的确定是基于SeaWinds风场（Chelton et al.，2006;Joan and Sienkiewichz，2006）。与散射计和微波辐射计相比，合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）的观测优势不仅体现在适用于近岸风场观测，而且可以以数十米甚至数米的高地面空间分辨率对热带气旋的细节进行观测（Katsaros et al.，2002）。利用SAR对热带气旋的海面风场监测，一般使用CMOD4、CMOD5或交叉极化地球物理模式函数，利用海面风场和SAR后向散射系数的关系进行海面风场反演（Shen et al.，2009；Zhang et al.，2014；Li，2015；Hwang et al.，2015；Ye et al.，2019）。热带气旋发生过程中，一般伴随着强降水和大风（张庆红等，2010；周旋等，2014），利用SAR图像的图斑，还可确定台风SAR图像上的海面风向。以上方法在我国海洋二号系列卫星（HY-2）和高分三号（GF-3）卫星SAR对台风的监测中得到了广泛应用（林明森等，2014；Ye et al.，2016;Lin et al.，2017；兰有国，2018；杨典等，2019）。
　　我国海洋一号系列卫星、海洋二号系列卫星和高分三号卫星可在热带气旋的观测中发挥巨大的观测效能，为汛期防灾减灾提供强大的数据支撑和服务。
　　1.2 中国海洋卫星现状及规划
　　我国第一颗海洋卫星的立项工作始于1985年，鉴于当时的国家经济承受能力、技术条件，海洋卫星研制项目未能顺利立项。到20世纪90年代初期，国家海洋局重新启动海洋卫星研制的立项论证工作。1997年6月30日，国防科学技术工业委员会正式下达了《关于海洋水色卫星立项研制的批复》，从而开启了中国海洋卫星事业的大门。随后，国家海洋局又组织制订了《海洋卫星及卫星海洋应用发展长远规划》，并纳入中国航天事业发展规划。在2000年11月发布的《中国的航天》白皮书中，明确了海洋卫星系列是我国长期稳定的卫星对地观测体系的重要组成部分。图1.1为我国已发射卫星及海洋遥感应用历史进程。
　　“海洋一号A”（HY-1A）卫星于北京时间2002年5月15日9时50分在太原卫星发射中心与FY-1D卫星一并由长征四号乙火箭一箭双星发射升空，于2002年5月27日到达798公里的预定轨道，并于2002年5月29日按预定计划开始进行对地观测。“海洋一号A”卫星结束了中国没有海洋卫星的历史，使中国进入空间海洋遥感时代，也开启了“海洋一号”卫星系列升空的征途。“海洋一号A”卫星使我国在海洋系列卫星的研制、发射、控制、运行、管理及应用等方面积累了经验，为我国海洋卫星事业的发展奠定了坚实基础。
　　2007年4月11日，“海洋一号B”（HY-1B）卫星成功发射，它是HY-1A的改进和发展，是中国海洋水色卫星系列中的第二颗，它接替了HY-1A卫星，执行预定的海洋水色遥感观测任务，观测能力和探测精度得到了进一步提高。
　　2011年8月16日，“海洋二号A”（HY-2A）卫星成功发射，它是我国第一颗海洋动力环境卫星。HY-2卫星新型的微波遥感技术填补了我国海洋微波遥感的空白，使我国首次拥有了海洋动力环境参数的卫星遥感观测能力。此外，HY-2卫星在国内首次采用的精密定轨技术，打破了西方发达国家的技术壁垒，实现厘米级的定轨精度。
　　2016年8月10日，我国首颗分辨率达到1 m的C频段多极化合成孔径雷达（SAR）卫星——高分三号（GF-3）成功发射。GF-3卫星能够获取可靠、稳定的高分辨率SAR图像，并实现不同应用模式下1～500 m分辨率、10～650 km幅宽的微波遥感数据获取，服务于海洋环境监测与权益维护、灾害监测与评估、水资源评价管理、气象研究及其他多个领域，是我国实施海洋开发、进行陆地资源监测和应急防灾减灾的重要技术支撑，改善了我国民用天基高分辨率SAR数据全部依赖进口的现状，在引领我国民用高分辨率微波遥感卫星应用中起到重要示范作用。
　　2018年9月7日，我国第三颗海洋水色卫星——海洋一号C卫星（HY-1C）成功发射，至今仍在稳定地在轨运行，源源不断提供着水色水温资料，可与世界上先进水色卫星相媲美。HY-1C卫星开启了我国业务化海洋卫星观测运行的新篇章。
　　2018年10月25日，我国第二颗极轨海洋动力环境卫星HY-2B发射升空，这也是我国民用空间基础设施规划的第一颗海洋业务卫星。HY-2B的成功发射为海洋防灾减灾、海上安全、大洋渔业、全球变化和海洋科研等领域的业务工作提供着稳定的业务化数据服务，发挥了重要的支撑作用。
　　2018年10月29日，中法两国合作研制的首颗卫星——中法海洋卫星（CFOSAT）成功发射，该卫星是我国海洋卫星系列的重要组成部分，装载了中方研制的旋转扇形波束散射计和法方研制的海洋波谱仪，首次实现了对全球海面风场、海浪谱两种重要海洋参数的大面积、高精度同步观测，完善了海洋立体监测手段，为海洋科学研究、全球气候变化、海洋预警监测等提供实测数据并积累长时间系列历史数据。
　　2020年6月11日，我国在太原卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭成功发射海洋一号D卫星（HY-1D）。该卫星是《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015—2025年）》支持立项的海洋业务卫星，与已发射的海洋一号C卫星组成我国首个海洋业务卫星星座，进行上、下午组网观测，组网观测将成为海洋业务卫星“新常态”。HY-1D卫星运行于太阳同步轨道，主要技术指标和性能与HY-1C卫星相同，双星组网后将使全球海洋水色水温、海岸带资源与生态环境观测频次与效率提升一倍，填补我国海洋水色卫星无下午观测数据的空白，丰富自然资源调查监测技术手段，为海洋强国建设提供数据支撑。卫星还可应用于全球气候变化研究、生态文明建设等领域，服务生态环境、应急管理、农业农村、气象、水利等行业。
　　2020年9月21日，我国在酒泉卫星发射中心用长征四号乙运载火箭成功发射海洋二号C卫星（HY-2C）。该卫星是《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015—2025年）》支持立项，由自然资源部主持建造的海洋业务卫星，发射后与已在轨运行的海洋二号B卫星协同观测，大幅提高海洋动力环境要素全球观测覆盖能力和时效性，对建设海洋强国、提升防灾减灾能力、开展海洋科学研究、解决全球变化问题等方面具有重要意义。
　　2021年5月19日，我国在酒泉卫星发射中心用长征四号乙运载火箭成功发射海洋二号D卫星（HY-2D）。海洋二号D卫星是国家空间基础设施海洋动力卫星系列的第三颗业务卫星，与海洋二号B卫星、海洋二号C卫星等构成我国海洋动力环境卫星星座，主要用于观测海面风场、海面高度、有效波高、重力场和大洋环流等信息，为海况预报、风暴预警、降水预报、地表分析和全球气候变化研究等领域提供有力支撑。
　　图1.1 我国已发射卫星及海洋遥感应用历史进程图
　　我国以“海洋一号”水色卫星系列为起点，陆续发射了海洋水色卫星（HY-1系列）、海洋动力环境卫星（HY-2系列）、中法海洋卫星（CFOSAT）和海洋监视监测卫星（GF-3系列、HY-3系列），正在逐步形成以自主卫星为主导的海洋空间监测网。根据《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015—2025年)》，我国还将继续发射新一代海洋水色卫星、新一代海洋动力环境卫星、盐度卫星、1 m分辨率C-SAR卫星、高时间分辨率静止轨道海洋卫星等，使三个系列卫星达到业务化、长寿命、不间断稳定运行。通过多星在轨组网运行，实现全天候、全天时、高分辨、高频次、快速获取我国近海与全球的海洋水色环境、海洋动力环境、海岸带、海岛及海上目标的多尺度、多要素、高精度数据产品及变化信息，为海洋灾害监测预报、海监维权执法、大洋极地科考、海

目录
前言
1引言1
1.1热带气旋及卫星观测的意义1
1.2中国海洋卫星现状及规划3
2HY-1卫星热带气旋观测7
2.1HY-1卫星及水色水温仪介绍7
2.2HY-1卫星的热带气旋云图观测9
3HY-2卫星热带气旋观测13
3.1HY-2卫星简介13
3.2HY-2卫星微波散射计海面风场反演14
3.3台风中心定位与路径分析17
3.4台风结构分析21
4GF-3卫星热带气旋观测23
4.1GF-3卫星简介23
4.2GF-3卫星SAR海面风场反演24
4.3GF-3卫星SAR台风业务化监测27
5海洋卫星热带气旋业务化观测34
5.1系统与产品简介34
5.2应用服务37
参考文献41
附录1HY-1C/D卫星台风监测图45
附录2HY-2A卫星台风监测图60
附录3GF-3卫星SAR台风监测图92