Kelvin T. F. Chan和Johnny C. L. Chan来自香港城市大学能源与环境学院的研究团队于2012年3月在《Monthly Weather Review》期刊发表了题为《Size and Strength of Tropical Cyclones as Inferred from QuikSCAT Data》的研究论文。这项研究基于1999至2009年的QuikSCAT（快速散射计）卫星数据，首次系统构建了西北太平洋（包括南海）和北大西洋（包括墨西哥湾及加勒比海）热带气旋（Tropical Cyclones, TCs）的尺寸与强度的统计气候学模型。
学术背景
热带气旋的预报传统上依赖最大持续风速（MSW）或最低海平面气压（MSLP）等强度指标，但这类参数无法完整描述气旋的动态结构。Merrill（1984）提出需补充尺寸（Size）和强度（Strength）两个参数：尺寸定义为气旋外围17 m/s表面风的平均半径（R17），强度定义为气旋中心1°–2.5°纬度半径内的平均切向风速（Outer-Core Wind Strength, OCS）。早期研究受限于海洋观测数据不足，而QuikSCAT卫星的广覆盖和高分辨率为此提供了新机遇。本研究旨在填补这一空白，揭示TCs的时空变化规律及其与气候因子的关联。
研究流程与方法
数据选择与处理：
- 数据来源：采用Remote Sensing Systems（RSS）提供的0.25°网格化QuikSCAT风场数据（1999–2009年），并结合JTWC和NHC的最佳路径数据。
- 筛选标准：仅保留风速≥17 m/s、气旋中心被卫星覆盖且与 swath 边缘距离>1°纬度的样本，排除雨区数据和靠近陆地的个案。最终获得西北太平洋（WNp）814例和北大西洋（NA）364例有效数据。
- 质量控制：通过对比数值天气预报模型，验证风速在20 m/s以下的准确性，对高风速数据（20–40 m/s）进行10 m/s误差校准。
参数定义与计算：
- 尺寸（R17）：基于Rankine涡旋模型，拟合距中心0.25°–6.25°纬度范围内的6个最近风速点，估算17 m/s风半径。
- 强度（OCS）：计算1°–2.5°纬度半径内的平均切向风速，允许最多2个缺失数据点。
辅助数据分析：
- 利用GEOS-5再分析数据估算外围闭合等压线半径（ROCI），验证尺寸定义的合理性。
- 结合NCEP-NCAR再分析数据评估副热带高压（STR）的活动规律。
统计与相关性分析：
- 采用百分位数法将TCs分为小、中、大三类（WNp：25%分位1.41°纬度，75%分位2.61°纬度）。
- 通过学生t检验和F检验验证结果的显著性。
主要结果
尺寸与强度的关系：
- R17与OCS呈强相关（r≈0.9），表明二者可互为替代指标。WNp气旋的平均尺寸（2.13°纬度）和强度（19.6 m/s）均显著高于NA（1.83°纬度，18.7 m/s）。
季节性变化：
- WNp气旋在7月和10月出现双峰（尺寸峰值2.3°–2.5°纬度），与气旋寿命延长（80–90小时）同步；NA则在9月达峰（1.9°纬度）。
- 副热带高压的季节性迁移是主因：WNp夏季西伸导致气旋路径偏南，秋季东退后北折路径增多；NA的STR南压促进气旋转向西风带。
空间分布：
- WNp大型气旋多集中于15°–30°N、120°–150°E，小型气旋集中在5°–20°N的东南海域；NA大型气旋集中于30°–50°N的东北海域和墨西哥湾东部（80°–90°W）。
年际变化：
- WNp气旋尺寸与ENSO指数显著相关（r=0.76），厄尔尼诺年偏大，拉尼娜年偏小。寿命与尺寸的关联性更强（r=0.95），印证气旋发展时间对尺寸的累积效应。
结论与价值
科学意义：
- 首次基于QuikSCAT数据建立了跨洋盆的TC尺寸-强度气候学模型，证实副热带高压和ENSO是调控气旋结构的关键因子。
- 修正了传统认知（如Merrill（1984）的单峰季节模式），提出WNp存在双峰周期的新观点。
应用价值：
- 为灾害评估提供新指标：大型WNp气旋的缓慢风速衰减（R17更大）可能扩大破坏范围。
- 改进预报模型：通过STR位置预测气旋路径和尺寸演变。
研究亮点
- 方法创新：结合卫星与再分析数据，开发了严格的雨区过滤和涡旋拟合算法。
- 样本规模：数据量（WNp 814例）远超同类研究（如Liu and Chan（1999）仅1991–1996年数据）。
- 跨洋盆对比：揭示WNp与NA气旋的结构差异，归因于季风增强和暖池面积效应。
其他发现
- GEOS-5 ROCI与R17的中等相关性（r=0.49–0.54）说明不同尺寸定义需谨慎对比。
- 推测TC尺寸可能存在年代际变化，需进一步验证。
该研究为理解气旋动力结构及其气候响应机制提供了里程碑式成果，未来可延伸至角动量输送和环境湿度等物理过程的分析。