【ESA：卫星遥感技术揭示热带风暴内部风场结构】从微风到毁灭性气旋，风始终是塑造地球天气与气候的关键要素。卫星观测使人类能够从太空捕捉这些动态模式，揭示其结构、强度与变化规律。热带风暴与风速监测热带风暴是发生在至少27°C的暖水海域上的强大天气系统，最大持续风速介于63至118公里/小时之间，可引发破坏性大风、强降水与风暴潮。这类系统属于结构化低压系统，其形成与强度直接关联于海面温度、大气压强、风场型态和水汽含量等环境参数。当风速超过118公里/小时，风暴将依据不同海区被归类为飓风（北大西洋与东北太平洋）、气旋（南太平洋与印度洋）或台风（西北太平洋），并按萨菲尔-辛普森飓风风力等级划分强度等级。精确获取风速数据对风暴定级和灾害防御至关重要。地面观测虽能提供关键实时数据，但天基测量可实现全球范围的一致覆盖，特别是在热带风暴生成与发展的开阔洋面上空提供关键观测。天基测风技术体系传统天基测风主要采用雷达散射计与光学成像仪。各国与区域气象机构发布的业务化热带风暴预报依赖于多源观测与数值模式。近几十年来，新型测风技术持续发展，包括激光雷达与微波成像仪的应用。通过"地球探索者"计划与第三方任务，欧洲航天局（ESA）提供具有科研品质的卫星数据，扩展全球覆盖能力并深化对风暴过程的理解，支撑更广泛的预报系统发展。ESA"土壤湿度与海洋盐度"（SMOS）卫星搭载L波段综合孔径微波成像辐射计（MIRAS），工作频率为1.41 GHz。自2018年起，ESA提供SMOS风场数据服务，可从亮温测量数据中反演海面风速（亮温参数综合了海面盐度、温度与粗糙度信息）。在极端大风条件下，SMOS的L波段辐射计信号不发生饱和且对降雨敏感性较低，可为传统传感器提供有效补充观测。目前提供三类产品：近实时2级条带风速产品（SMOS L2WS NRT），空间采样率0.25°×0.25°，从观测后4至6小时内发布；风圈半径定位产品（SMOS WRF），提供每象限34节（17米/秒）、50节（25米/秒）和64节（33米/秒）风速圈的10分钟最大持续风速（节）及半径（海里），同样于4至6小时内发布；3级日平均风速产品（SMOS L3WS），为每日的合成图，次日发布。C波段合成孔径雷达（SAR）数据也可用于反演热带风暴风速。哨兵-1号（Sentinel-1）二级产品提供海面风速与风向网格估计（海洋风场）以及包含风场信息的二维海浪谱（海洋涌浪谱）。通过ESA第三方任务计划可获取RADARSAT数据，涵盖RADARSAT-1与-2完整存档及编程数据，以及ESA存档的RADARSAT-2数据。此外，ESA"低温卫星"（CryoSat）虽设计用于极地冰盖监测，其雷达高度计通过测量海面粗糙度反演风速，为海洋气象产品作出贡献。上述载荷共同构成近实时海洋表面风场观测体系，为理解并预报热带风暴行为奠定基础。风暴垂直结构探测ESA与日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）联合实施的"地球云气溶胶与辐射探测器"（EarthCARE）任务，正为揭示热带风暴垂直结构提供新认知。其云廓线雷达（CPR）与多光谱成像仪可探测风暴系统内云层的高度、组成与分层结构。2025年9月22日，EarthCARE的CPR获取了台风"拉加萨"的垂直廓线，成像仪同步捕获云层分布。ESA"风神"（Aeolus）卫星是全球首个实现全球尺度风廓线观测的任务，搭载多普勒测风激光雷达（ALADIN）。尽管任务已于2023年7月结束，ESA仍在F阶段持续提供数据，旨在提升产品质量并纳入最新算法演进，供数值天气预报模式与大气科研使用。基于Aeolus成果，ESA已选定"风速雷达云探仪"（WIVERN）作为第11颗地球探索者卫星。WIVERN采用圆锥扫描多普勒雷达，将首次实现云层内部风场的全球观测，结合降水与云廓线数据，为热带风暴理解与模拟带来突破性进展。EarthCARE、Aeolus与WIVERN标志着测风能力从海面到云顶全三维结构的跨越。数据应用平台与算法开发法国海洋开发研究院（Ifremer）与OceanScope联合开展的CyclObs项目（由ESA、欧洲气象卫星组织、法国国家空间研究中心等资助），致力于开发基于C波段SAR反演海面风速与风暴结构参数的算法，并将L波段辐射计（如SMOS）观测与SAR数据进行协同定位与比对。海洋物理与卫星遥感实验室（LOPS）数据可视化门户提供多源卫星任务反演的全球海面风速数据，综合SMOS、哨兵-1号与RADARSAT-2等雷达卫星数据，并补充MetOp系列卫星的气象产品。ESA委托开发的哨兵应用平台（SNAP）支持哨兵系列与SMOS等多种传感器的数据可视化和分析。应用案例：2025年飓风"艾琳"2025年8月，飓风"艾琳"成为跨越大西洋的大型强风暴。8月16日，风暴在背风群岛附近达到峰值强度，1分钟最大持续风速达260公里/小时，随后沿美国东海岸北上，影响弗吉尼亚、北卡罗来纳与马萨诸塞州，以及加拿大新斯科舍与纽芬兰地区。8月11日，哨兵-1号SAR在北大西洋上空探测到当年大西洋飓风季首个飓风。8月11日至17日，哨兵-1号与RADARSAT-2捕获到"艾琳"最大持续风速（VMAX）的增强过程，SATCON与ATCF估计其强度达5级，SAR测量验证了该估计。8月19日起，VMAX值逐渐下降，系统最终在加拿大纽芬兰沿岸消散。8月17日，SMOS的MIRAS仪器在波多黎各外海观测到超过40米/秒的表面风速。这些SMOS、哨兵-1号与RADARSAT-2的观测有效补充了传统气象观测，提升了热带风暴风场预报与理解的综合能力。未来发展计划欧洲将进一步业务化Aeolus概念，实施欧洲气象卫星组织极地系统风神星座（EPS-Aeolus）。ESA将 sequential 发射两颗卫星，均搭载多普勒测风激光雷达，延续Aeolus的成功经验。WIVERN作为第11颗地球探索者卫星的研制与发射，将持续拓展风场科学的认知边界。
