期刊：Journal of Geophysical Research: Atmospheres
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摘要：

飓风中心比环境温度高几度以上，通常称为暖核气旋。大气保温升温、眼部向下运动及相关潜热释放、眼壁附近及外部降水均有助于飓风暖芯的形成。在快速增强开始期间由对流爆发引起的沉降变暖也有助于对流层上层暖芯的形成和/或增强（Chen & Zhang，2013）。La Seur 和 Hawkins ( 1963 年)、Hawking 和 Rubsam ( 1968 年)、以及 Hawkins 和 Imembo ( 1976 年)) 检查了侦察机的数据，发现暖芯位于温度场 250 hPa 这是附近使用的 500 和 180 hPa 重建飞机侦察数据的压力水平。霍尔弗森等人。( 2006 ) 使用dropsonde 飓风被观察到 Erin (2001) 主暖芯接近 500 hPa。Durden ( 2013 ) 生成现场观测(浮标、安装在船舶和飞机上的测量仪器、投降探空器和岛上的气象站)的复合材料，并确认暖芯高度在 760 和 250 hPa 之间变化。通过理想化的模型模拟，Stern 和 Nolan ( 2012年得出的结论是，大气中有最大暖气异常的初级暖芯 4-8 公里（~700-150 hPa）垂直层内。虽然暖芯最大中心的确切高度因情况而异，但其强度(暖芯异常)与飓风强度呈正相关（Komaromi & Doyle，2017 年）。暖芯的形成也可以提供热带低压飓风的见解（Dolling & Barnes，2012 年）。

与传统的实地观测相比，卫星遥感观测在广阔海洋的水平、垂直和时间覆盖方面具有优势。对飓风特别感兴趣的是极轨环境卫星上的微波仪器，每天监测两次全球大气。美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 环境卫星的极轨运行 NOAA-15 至 NOAA-19 欧洲气象卫星开发组织 MetOp- A/-B 自 1998 年以来。Merrill ( 1995 年) 和 Brueske 和 Velden ( 2003 年)) 从单个单个开发和测试 AMSU 热带气旋在观测频道时进行检索 (TC) 强度算法。从 AMSU-A 飓风邦妮(1998 年)暖芯。（2002 年）。Demuth 等人。（2004 年)，纳夫等人。（2004 年）和 Demuth 等人。( 2006 年) 使用 AMSU-A 测量热带气旋的最大连续风、最小海平面压力和风半径。作为 AMSU-A 与微波湿度探测器的继任者和组合搭载 Suomi 国家极地轨道合作伙伴（S-NPP）微波探测器是卫星上先进技术（ATMS）于 10 月 28 2011年太阳同步轨道成功发射 年（Weng 等人，2012 年）。朱等人开发的算法。( 2002 ) 应用于 ATMS 对飓风桑迪 (2012) 观察发现，最大上层暖气异常与最大连续风速之间存在正相关系 (Zhu and Weng ( 2013 )。由于在获得的温度反演中发现扫描偏差是朱等人算法(2002) and Zhu and Weng (2013), Tian and Zou (2016) 提出了温度检索算法 四项修改： (i) 用回归系数替换简单的扫描校正项，回归系数是扫描位置的显式函数；(ii) 仅使用 ATMS 与这些通道高度相关的温度探测通道子集(相关系数大于) 0.5)某些压力水平的温度；(iii) 使用飓风寿命前一个月的肢体校正 ATMS 并置的全球定位系统 (GPS) 无线电掩星 (RO) 作为训练数据集，观，获得回归系数；(iv) 获得两组回归系数，一组用于晴空条件，另一组用于多云条件。 应用改进算法 AMSU-A 和 ATMS 为了证明飓风迈克尔 (2012) 和桑迪 (2012) 其生命周期中的暖芯结构比未修改的算法更真实，甚至更先进的微波综合检索系统一维变分方法。田和邹（2018 年）将 Tian 和 Zou（ 温度反演算法应用于2016年的四个 NOAA 分析飓风哈维、厄玛和玛丽亚(2017年)运行卫星上的微波温度探测器 年)强度变化。

虽然云和降水的污染比红外测量少（Chen 等人，2013 2012年；希尔顿等人 年；Janssen，1994 年；Le Marshall 等人，2006 年），但微波测量用于中低层温度探测通道仍然受到飓风中光学厚且降水量大的云的影响（Weng et al., 2003）。因此，大多数都有对流 TC 在这种情况下，卫星微波测量只能得到对流层上层的暖芯。过去，所有暖芯的反演结果都出现了极不现实的低温异常。尽管如此，当 TC 眼睛足够大，以至于部分不在 FOV 当中心或中心附近没有对流时，可以很好地分析对流层中间的通道。在这项研究中，重新映射算法被引入减少 ATMS 观测中的随机噪声，使视场 (FOV) 与 AMSU-A FOV 大小相同(第二节)。晴天和多云条件下的回归系数从GPS RO在飓风发生前两周获得并用作训练数据。在多云条件下消除峰值加权函数 (WFs) 低于 400 hPa 温度探测通道后，检索暖芯结构(第三节)。所有可用的 AMSU-A 和 ATMS 对飓风马修进行检索和比较 自飓风菲利克斯(2007) 年)以来的第一个 5 大西洋飓风、暖芯结构及其时间演变(第四节)。最后，第五节给出了总结和结论。

ATMS和AMSU-A在 23 和 90 GHz 微波光谱区域之间提供大气热辐射测量。ATMS 安装在 S-NPP 卫星上，AMSU-A 安装在 NOAA-15、-18、-19、MetOp-A 和 MetOp-B 卫星上。S-NPP ATMS 当地时间下午交易点 1 时 30 穿越赤道，即当地穿越赤道的时间。大气温度剖面反演，ATMS 通道 5-15 或 AMSU-A 通道 4-14 用于飓风暖芯反演。这些通道的峰值 WF 从最低到最高的通道数分别从最低到最高 850 hPa 和 52.8 GHz 变为 2 hP 和 57.29 GHz。ATMS 信道 5-15 的天线波束宽度为 2.2°，而 AMSU-A 信道 4-14 的波束宽度为 3.3°。对于ATMS，温度探测通道（1-16）与湿度探测通道（17-22）保持相同的扫描模式，采样时间相同，采用连续扫描方式。因此，每次扫描以 8/3 s 的间隔对 96 个场景分辨率单元进行采样，以覆盖星下路径两侧的 52.725° 扫描角。每个 FOV 的积分时间为 18 ms。相比之下，AMSU-A 在相对于天底方向的 ±49.5° 范围内扫描地球场景，总共有 30 个 FOV。沿轨道和跨轨道方向的相邻 ATMS FOV 之间存在显着重叠，但 AMSU-A 则没有。ATMS 扫描的条带宽度为 2,600 公里，比其前身 AMSU-A（2,343 公里）更宽，并且在赤道附近几乎没有留下任何间隙，几乎完全覆盖了大西洋上飓风发展和加强的低纬度地区和太平洋。

微波温度探测仪 AMSU-A 和 ATMS 测量中的随机噪声通过标准偏差（Mo，1996）和/或 根据暖目标测量值计算的艾伦偏差（Tian 等人，2015）来估计。这些被称为噪声等效温差 (NEDT)。由于 ATMS 的采样率更高，即每个 ATMS FOV 的有效积分时间更短，ATMS 通道的 NEDT 略高于相应的 AMSU-A 通道（Weng 等人，2012 年）。表1提供了有关 ATMS 仪器特性的更详细信息 。

Atkinson (2011)开发的重映射算法用于将ATMS通道5-15的波束宽度转换为AMSU-A通道4-14的波束宽度。ATMS 观测的过采样特性使得这种重映射对于产生类似 AMSU-A 的 ATMS 观测有意义。在 ATMS 和 AMSU-A 之间具有一致的波束宽度是非常可取的，因为它允许 ATMS 衍生的暖芯与 AMSU-A 衍生的暖芯相关联，这是多项研究所需的，例如检查飓风暖芯的日变化和气候变化（Yang & Zou，2014 年）。

假设 ATMS 具有高斯波束，调制传递函数 ( MTF )，定义为 3-dB 波束宽度 ( w ) 的空间频率响应函数，可以表示为 (Atkinson, 2011 )

其中f是空间频率，是 ATMS 采样距离的倒数（1.1°）。光束形状，称为点扩散函数，是MTF的傅里叶变换，可以写为

图 1a说明了在 28 日观察到的重新映射后，ATMS 通道 5-15 在五个连续扫描线上的 FOV 40-56 的大小以及沿上述五个扫描线的第三个扫描线的 AMSU-A 类 ATMS FOV 2016 年 9 月。请注意，重新映射的 FOV 与具有较大尺寸的原始 FOV 同心。虽然重映射生成的类AMSU-A ATMS FOV的大小与AMSU-A相同，但保留了连续ATMS扫描方式的特征，96个场景分辨率单元，两侧覆盖52.725°的子卫星路径。换句话说，在重新映射后，ATMS 观测的空间采样仍然比 AMSU-A 观测高得多（~3 倍）。这在图1中得到了更清楚的证明 b，它显示了在图 1a中看到的单条扫描线上重新映射后的 ATMS FOV，沿着靠近 ATMS 扫描线的 NOAA-18 的三个连续扫描线重叠到 AMSU-A FOV。图1b提供了 2016 年 9 月 28 日 1715 协调世界时 (UTC) GOES-13 成像仪对通道 4 (10.7 μm) 的 BT 观测， 以显示飓风环境中云的典型尺度。大扫描角度的 FOV 尺寸远大于接近最低点的 FOV 尺寸，尤其是在跨轨道方向上。换句话说，飓风的小尺度特征，例如风眼、雨带和雨带之间的清晰条纹，在条带中心附近比在条带边缘附近得到更好的解析。这一点将在稍后说明（见第4节).

图1。(a) ATMS 通道 5-15 在五个连续扫描线（黑色圆圈）上的 FOV 40-56 和沿第三扫描线（15.25°N，60.2°W 的最低点位置）的 AMSU-A 类 ATMS FOV 的大小2016 年 9 月 28 日观察到重新映射后的五个扫描线（为清楚起见，依次为红色和绿色圆圈）。（b）重新映射（a）中的单个扫描线后的 96 个 ATMS FOV 和沿三个连续扫描线的 AMSU-A FOV在 2016 年 9 月 28 日 1715 UTC 时，靠近 ATMS 扫描线的 NOAA-18（蓝色圆圈）与 GOES-13 成像仪通道 4（10.7 μm）TB 观测值（单位 K）重叠。

期刊：Journal of the Atmospheric Sciences

摘要：

最近改进的飓风暖核反演算法被应用于携带先进技术微波探测仪 (ATMS) 和先进微波探测仪-A (AMSU-A)的多个极地轨道卫星的数据，以检查飓风Irma和Maria暖核的日变化。这些飓风发生在 2017 年极度活跃的大西洋飓风季节。与飓风Irma和Harvey 100–1700 km范围内的投降式探空仪收集的数据相比，在~ 180和750 hPa之间的垂直层中,ATMS 衍生的温度剖面和投降式探空仪测量的温度剖面之间差异的平均值和标准偏差分别小于 0.7 和 1 K。 ATMS 和 AMSU-A 的最大暖核温度异常的时间演变更接近于最小平均海平面气压，而略低于最大持续风的时间演变。在 4 和 6 K 时，ATMS 衍生的暖核的半径分别优于飓风 Irma（1 kt = 0.51 m/s）的 34 kt 和 50 kt 风半径。当飓风Irma由于与非绝热过程相关的潜热释放增强而经历强烈增强时，暖核向低层的垂直范围随着强度的增加而增加。对流层上层（~250 hPa）的热带气旋（TC）内核的特点是单峰日循环，在午夜左右达到最大值。这种暖核循环可能是 TC 动力学的重要组成部分，可能与 TC 结构和强度变化有关。

微波温度探测仪器，如国家海洋和大气管理局（NOAA）NOAA-15、-18和-19卫星上的先进微波探测装置-A（AMSU-A），欧洲气象卫星应用组织（EUMETSAT）气象业务（MetOp）卫星MetOp-A和-B上的AMSU-A，NOAA Suomi国家极地轨道伙伴关系（SNPP）卫星上的先进技术微波探测仪（ATMS）提供电磁频谱微波部分的全球测量。有 12 个 AMSU-A 和 13 个 ATMS 温度探测通道位于氧吸收带中，中心频率在 50.3 到 57.6 GHz 之间。这使得几乎所有热带气旋 (TC) 区域的垂直大气温度都可以在没有强降水的情况下探测。

这些 AMSU-A 和 ATMS 探测通道的加权函数均匀分布在从地表到 ~0.1 hPa 的垂直方向。这意味着在不同通道中测量的亮度温度是不同大气层内大气温度的加权函数。大气辐射对信道的最大贡献来自信道加权函数达到峰值的高度。 基于这一物理考虑，自 1998 年 5 月 13 日在NOAA-15卫星上发射第一颗 AMSU-A 以来，已经开发了几种线性回归大气温度反演算法来推导 TC 中的三维大气温度场（Kidder 等2000 年；朱等人 2002 年；Brueske 和 Velden 2003 年；Demuth 等人。2004 年；纳夫等人。2004 年；Demuth 等人。2006 年；朱和翁 2013 ; 田和邹 2016 )。在这些先前的研究中记录了使用 AMSU 数据进行 TC 强度和大小估计以及改进飓风预测（例如，Zhu 等人 2002；Demuth 等人 2004；Knaff 等人 2004；Demuth 等人 2006；Zhu 和 Weng 2013 ;田和邹 2016）。然而，仅提供了来自单个 AMSU-A 仪器在几个瞬时时间的一些与暖核相关的尺寸和强度参数。在过去的二十年里，暖核反演算法也经历了一系列的改进。

利用天气研究和预报 (WRF) 模型，在理想化模拟 ( Stern and Nolan 2012 ) 和真实案例模拟 ( Chen and Zhang 2013 )中对TC的暖核结构进行了研究。具体来说， ( Stern and Nolan 2012 )使用了 3.1.1版本的 WRF 模型，该模型具有三重嵌套网格（例如，18、6 和 2 公里水平分辨率）和 40 个垂直高度和模型顶部为 50 hPa（~ 20 km），以模拟双周期f平面（f=5.031 025秒）上类似TC的朗肯涡旋产生的理想化强飓风的发展和维持在恒定的偏东环境气流中（5 m/s），以及在均匀且固定温度（28°C）的海面上。他们报告说，理想化模拟中的主要暖核最高温度异常发生在对流层中部约 5-6 公里处，而次生较弱的最高温度异常通常出现在 13-14 公里附近。通过一系列模型敏感性实验，他们得出结论，暖核高度的变化并不意味着风暴强度的变化，也不意味着眼壁风随高度衰减的方式的变化。相比之下，Durden(2013)检查了眼睛热异常的高度，发现最大温度异常可以在 760 和 250 hPa 之间变化，并建议模型模拟也应该表现出这些特征。然而，这项工作的一个限制是延伸到 TC 眼睛上层的探测很少。Chen和Zhang(2013)采用四重嵌套网格（27、9、3 和 1 公里水平分辨率）、模型顶部为 30 hPa（~24 公里）和允许云的 WRF 模型，对Wilma(2005)飓风进行了72 h允许云的预测。30 小时模型预测在飓风Wilma快速增强期间，在 13-15 公里层附近产生了最大暖核。54 小时模式预测在快速增强后，在 11-13 公里层附近产生了一个最大暖核。两个最大暖核与上层流出区位于同一层。有人认为，上层暖核是由平流层空气下沉的绝热升温形成的，这对流爆发的消除有关，而上层的发散出流则倾向于保护温暖的核心不受环境流动的通风影响，也通过将热空气通风到环境中来防止热空气在眼睛中积累。

本研究将一种改进的暖核反演算法应用于飓风Irma（2017年）期间NOAA-15、NOAA-18、NOAA-19和SNPP卫星上的四个NOAA AMSU-A仪器，以及飓风Irma、Maria 和Harvey（2017年）期间EUMETSAT MetOp-B卫星上的四个NOAA AMSU-A仪器和AMSU-A仪器。五个极轨运行卫星微波仪器可以每隔 2 小时或 3 小时提供一次飓风观测。这允许捕获 TC 暖核结构和强度的昼夜循环。美国国家海洋和大气管理局综合大型阵列数据管理系统无法提供MetOp-A和-B对飓风“厄玛”的AMSU-A测量数据，原因尚未确定。在本研究中，我们通过NOAA-15、NOAA-18、NOAA-19、MetOp-B和SNPP卫星上的AMSU-A或ATMS进行的亮度温度测量，得出了飓风Irma和Maria整个生命周期内每天8到10次的三维大气温度场。

本文的结构如下。AMSU-A 和 ATMS 数据特性在第 2 节中进行了简要描述。第 3 节简要回顾了AMSU-A 和 ATMS 温度探测通道中亮温观测结果的温度剖面检索。第 4 节介绍了飓风Harvey和Irma的结果。第 5 节显示了飓风Maria每隔 2-3 小时的结构演变。研究总结并在第 6 节中给出结论。

ATMS 是SNPP卫星上的一种先进的跨轨无源微波辐射计。它共有 22 个通道（表 1）。通道 3-16 是温度探测通道，用于获取大气温度的垂直剖面。通道 1-2 和 16 是对地表条件敏感的窗口通道，不用于温度剖面检索。由于通道 3 和 4 对地表也很敏感，因此本研究仅使用通道 5-15 进行大气温度反演。通道 5-15 在最低点的峰值加权函数约为 850、700、400、250、200、100、50、25、10、5 和 2 hPa。通道 17-22 是湿度探测通道，在本研究中不予考虑。SNPP卫星上ATMS的上升节点在当地时间（LT）1330点穿过赤道，称为当地赤道穿越时间（LECT）。ATMS 扫描的条带宽度为 2300 公里，相邻条带之间几乎没有间隙，从而实现了全球近乎完整的数据覆盖。

AMSU-A 仪器目前装载在NOAA-19、-15和-18卫星上，它们的LECT分别为1530 LT、0621 LT和0715 LT。AMSU-A 共有 15 个通道。AMSU-A 通道 4-14 类似于 ATMS 通道 5-15。与 ATMS 相比，AMSU-A 的扫描条带更窄，两个连续轨道条带之间的间隙更大。与ATMS相比，AMSU-A测温通道集成时间长，数据噪声小。温度探测通道 5-9 的 AMSU-A 噪声等效温差 (NEDT) 为 0.25 K；通道 10 和 11 为 0.4 K；通道 12、13 和 14 分别为 0.6、0.8 和 1.2 K。相应ATMS 信道的NEDT 等于或略大于AMSU-A NEDT 的两倍。有关 ATMS 和 AMSU-A 仪器和信道特性的异同的更多详细信息，请参见Mo (1996)和Weng 等人（2012 年）。

在NOAA-15卫星发射后不久，就开始使用卫星微波观测来检索大气温度。基于微波辐射对温度呈线性响应以及 AMSU-A 和 ATMS 加权函数相对稳定的物理考虑，指定压力水平T ( p ) 下的大气温度表示为亮度温度观测值的加权线性组合不同的 AMSU-A 频道$T_b^{\mathrm{o}\mathrm{b}\mathrm{s}}(i)$，其中i是通道号；那是，

$T(p)=C_0+{\sum }_{i=i_1,p}^{i_{2,p}}{C}_i(p)T_b^{\mathrm{o}\mathrm{b}\mathrm{s}}(i)$（1）

其中p是大气压。总和${\sum }_{i=i_1,p}^{i_{2,p}}$ 表示带有通道编号的 AMSU-A 通道 5-14 子集$\left(i_{1,p},i_{1,p}+1,i_{1,p}+2,\dots ,i_{2,p}\right)$ 的亮温观测值的加权平均值选择用于获得压力水平p的大气温度。$C_j(p)\left(j=0,i_{1,p},i_{1,p}+1,i_{1,p}+2,\dots ,i_{2p}\right)$系数是回归系数，其值由与某些已知参考温度的最小二乘拟合确定。 Kidder 等人(2000年)使用无线电探空仪观测来估计回归系数。所有 AMSU-A 观测首先调整到最低点，以便获得足够大的并置无线电探空仪和 AMSU-A 数据样本。 Kidder 等人(2000)认为需要这样做以减少由不同扫描角度下不同样本大小引起的温度检索产品中与扫描角度相关的偏差。通道 1-7 不用于 100 hPa 以上的反演，以确保既没有高地污染，也没有强降水造成的云污染。通道 1-5 不用于 700 至 115 hPa 的反演，以减少强降水造成的污染。
Zhu 等人（2002）修改方程式(1) 为以下形式：

$T(p)=C_0(p)+{\sum }_{i=3}^{11}{C}_i(p)T_b^{\mathrm{o}\mathrm{b}\mathrm{s}}(i)+C_{\theta }(p)\frac{1}{\cos \theta }$（2）

其中θ是扫描角度。根据探空观测数据分别估计各扫描角的回归系数。增加了一个额外的扫描角度项[即式(2)中的最后一项]。
Tian和Zou(2016)发现，式(2)中的最后一项并没有完全从温度反演产品中去除依赖于扫描角度的偏差。因此，他们提出了两项修改。首先，将检索方程修改为:

$T(p)=C_0(p,\theta )+{\sum }_{i=i_{1,p}}^{i_{2,p}}{C}_i(p,\theta )T_b^{\text{obs }}(i)$ （3）

其中只有那些与p级温度高度相关的通道被选择用于检索T( p)。 其次，回归系数是使用 ATMS 或 AMSU-A 数据和数值天气预报 (NWP) 模型场在即将获得反演的时间段之前的两周内估计的。 这样，可以有效地消除扫描角度相关偏差和温度相关偏差对温度反演产品的影响。该方法用于获取飓风哈维、厄玛和玛丽亚的暖核结构。
上述回归采用了目标TC病例发生前两周内55°S至55°N的全球数据。这意味着必须得到方程(3)中的回归系数。对于寿命跨越较大纬度范围的TC，可能需要更明确的与纬度相关的回归算法。例如，热带气旋起源于热带深处，向西北方向移动时在亚热带发展和加强，并在中纬度地区向东北方向移动。在这种情况下，需要2周以上的训练时间，才能汇编足够数量的数据样本，获得不同纬度带的回归系数。进一步的研究将在后续研究中进行，以检查热核检索的敏感性。

Irma 是一场大西洋飓风，于2017年8月30日起源于热带深处的低纬度地区，离开西非海岸，掠过佛得角群岛上空或附近（图1a）。Irma 在其形成后不久迅速增强，在 2017 年 8 月 31 日 1800 UTC 成为 2 级飓风，并在 2017 年 9 月 1 日 0000 UTC 成为 3 级飓风（图 1b）。由于一系列眼壁更换周期，Irma 强度在 2017 年 8 月 31 日 1800 UTC 至 2017 年 9 月 4 日 1800 UTC 在 2 级和 3 级之间波动，并在 2017 年 9 月 5 日 1200 UTC 达到 5 级。此时，峰值强度达到持续风速 81.9 m/s (295 km/h ) 和 914 hPa 的最小压力。Irma 于 2017 年 9 月 9 日作为 5 级飓风首次登陆古巴，第二次以4级飓风的形式登陆佛罗里达州库乔基，最大持续风速为 59.7 m/s (215 km/h )，以及 2017 年 9 月 11 日作为 3 级飓风在佛罗里达州马可岛的第三次登陆。请注意，这些强度值来自 Irma 的工作最佳路径，是初步的，有待进一步完善。

图.1. (a) 8 月 30 日 0000 UTC 至 9 月 12 日 0000 UTC 飓风艾尔玛、8 月 13 日 1200 UTC 至 8 月 31 日 1800 UTC 飓风哈维和 2017 年 9 月 14 日 0000 UTC 至 UTC 0000 UTC 9 月 30 日飓风玛丽亚的最佳路径。 ) 最大持续风V max的时间演化（黑色曲线）、34-（蓝色曲线）、50-（绿色曲线）和 64-kt（红色曲线）风的半径，以及从 0000 UTC 8 月 30 日到 0000 的强度类别（颜色阴影；底部图例） UTC 2017 年 9 月 11 日。（a）中还显示了与 9 月 4 日至 10 日在 Irma（42 个剖面）和 8 月 18 日至 9 月 3 日在哈维（76 个剖面）收集的 ATMS 观测相搭配的投降式探空仪位置。标准被定义为不超过 3 小时的时差和 100 公里的空间间隔。© 同 (b)，但飓风玛丽亚从 2017 年 9 月 16 日 0000 UTC 到 2017 年 9 月 30 日 0000 UTC。TD、TS 和 H1-H5 代表热带低气压、热带风暴和飓风类别 1-5。

自 2005 年飓风威尔玛以来， Irma 拥有最强的最大持续风。这是自2005年卡特里娜飓风以来袭击美国最强烈的飓风，也是2017年大西洋飓风季的第二大飓风。 Irma 风暴在温暖开阔的海洋上移动了很长一段距离，却没有遇到陆地，因此它发展成为大西洋本季最强烈的风暴之一。其他影响飓风强度的因素，如水温；温水的深度；分别与对流爆发的夹带和降水有关的非绝热和绝热变暖；并且需要检查剪切强度以了解 Irma 为何达到 5级状态。由于 Irma 的寿命很长，并且三次登陆，它作为5级飓风在巴布达、圣巴特莱米、圣马丁、安圭拉和维尔京群岛造成了广泛的灾难性财产损失和许多人死亡。

投降式探空仪(dropsondes)是美国国家海洋和大气管理局(NOAA) 飓风侦察机经常使用的重要观测仪器，用于获取从飞机高度到地面的温度、风速和风向、湿度和压力的垂直剖面。为了收集有关 Irma 的数据，在 2017 年 9 月 3 日之后，在大雨和大风条件下部署了下投降式探空仪。图 1a 显示了与 ATMS 观测并置的 118 个下落式探空仪剖面的位置。搭配标准被定义为不超过 3 小时的时差和 100 公里的空间间隔。在 118 个投降探空仪中，2017 年 9 月 4 日至 10 日在 Irma 收集了 42 个剖面，2017 年 8 月 18 日至 9 月 3 日在哈维飓风收集了 76 个剖面。图 2a 给出了与飓风艾尔玛和哈维中心的径向距离有关的投降式探空仪剖面的数据计数。在飓风中心 200 公里范围内只有 1 个投降探空剖面，但在飓风中心 200-300 和 300-400 公里范围内分别有 13 和 17 个以上剖面。图 2b 提供了 ATMS 检索和 118 个并置的投降式探空仪剖面之间温度的意大利面条图，以及平均差异曲线和均方根误差 (RMSE)。大多数下落式探空仪是从约 180 hPa 的高度释放的，除了 24 个下落式探空仪是从 Irma 的高海拔地区释放的。在 180 至 750 hPa 之间的垂直层中，ATMS 温度反演与投降式探空仪温度之间的平均差异在 ±0.7 K 以内，很好地覆盖了 2017 年 8 月 30 日至 9 月 11 日飓风 Irma 的暖核深度（图 2b ）），该层内的RMSE约为1 K。从理论上讲，TC眼墙下部通道中亮度温度的强烈衰减大大降低了该区域的温度反演精度。由于ATMS观测的粗略水平分辨率（在ATMS条带的中心和边缘分别为约40公里和约140公里），所以在飓风中心附近观测到的垂向温度剖面与ATMS反演到的垂向温度剖面之间的差异与远离中心的垂向温度剖面之间的差异大小相似。此外，TC 眼直径可能明显小于 ATMS 和 AMSU-A 探测通道的分辨率，这导致 TC 中心附近的 TC 暖核异常采样不足。在某些情况下，微波探测仪的垂直分辨率无法解析TC暖核垂直结构的细节。

图.2. (a) 作为距飓风艾尔玛和哈维中心的径向距离的函数的下投式探空仪剖面数量，以及 (b) 意大利面条图（细彩色曲线）、平均值（粗黑色实线）和 RMSE（黑色虚线） ) 的 ATMS 反演和并置的投降式探空仪测量之间的温度差异的垂直剖面。在 180 hPa 以下和以上的并置投降探空剖面总数分别为 118 和 24。(b) 中曲线的颜色约定与 (a) 中一样，表示投降式探空仪剖面与飓风艾尔玛和哈维中心的径向距离。© 2017 年 8 月 30 日至 9 月 11 日，ATMS反演了Irma中心的温度异常。（c）顶部显示的飓风Irma强度的颜色约定与图1c底部显示的相同。

2017年8月30日至9月11日Irma中心ATMS反演温度异常垂直变化的时间演变如图2c所示。温度异常定义为以风暴为中心但在 34 kt风半径（1 kt= 0.51 m/s）之外的 15° 纬度-经度地理框内与平均环境温度的偏差，不包括风暴扰动。 ATMS 检索到的 Irma 暖核心位于约 250 hPa。该高度与Stern 和 Nolan (2012)发现的次生较弱最高温度异常的高度一致，与Chen和Zhang（2013）进行的真实数值模拟中平流层空气沉降绝热升温形成的上层暖核一致。 Irma 随着时间的推移而加剧，温度异常和暖芯深度也增加了。由于低层的非绝热活动更活跃、更强烈，暖芯的上边界比下边界上升得更平稳。值得一提的是，在飓风Irma等 热带气旋的整个生命周期中，TC 的实际暖核在整个对流层中可能存在显着的垂直结构差异。Irma暖核较低层几乎没有变化，这可能是因为微波探测仪无法充分解析其观测通道中的温度。