基于SCIATRAN模型的二氧化氮DOAS 反演敏感性试验

气溶胶和地表反照率是影响星载SCIAMACHY仪器观测数据定量遥感NO2大气柱总量的2个主要因子.文中利用高光谱分辨率大气辐射传输模型SCIATRAN,在考虑分子吸收和气溶胶多次散射影响基础上,精确模拟了气溶胶、地表反照率和NO2气体浓度变化对差分处理前后卫星反射光谱的影响,并定义影响因子f,对3个模拟参数进行综合评价.结果表明:(1)通过剔除卫星反射光谱中慢变光谱变化成分,DOAS方法明显降低了气溶胶和地表反照率对卫星反射光谱的影响;(2)差分处理前,3个模拟参数的影响强弱依次为地表反照率、气溶胶和NO2浓度;而差分处理后,3个模拟参数的影响强弱依次为NO2浓度、地表反照率和气溶胶.在影响趋势上,气溶胶和地表反照率很相似,均体现为宽带效应,在440-450 nm内有水汽强吸收和多次散射复杂相互作用导致的较大峰值;NO2浓度变化对差分处理前后的光谱都呈现气体吸收结构的影响特性;(3)由于吸收和散射相互作用等因素的影响,在基于卫星观测的差分光谱中仍然残留有气溶胶和地表反照率的误差,地表反照率约占18.6%,气溶胶约占6.2%.因此,当前SCIAMACHY遥感的NO2产品在中国区域浓度偏高,需要对气溶胶和地表反照率进行二次精细化的订正.     

Brewer 分光光度计遥感大气臭氧垂直廓线的研究

利用建立的球面分层大气散射模式，研究了Ｂｒｅｗｅｒ仪器工作波长进行Ｕｍｋｅｈｒ短法反演所包含的信息量，给出Ｂｒｅｗｅｒ仪器探测大气臭氧垂直廓线的方法。同时，用气溶胶光学厚度计算得到气溶胶订正系数，建立了Ｕｍｋｅｈｒ反演的程序，用此程序对ＴａｂｌｅＭｏｕｎｔａｉｎ资料进行气溶胶修正，得到了较好的结果。对北京测站１９９１年１─３月资料进行由气溶胶造成的臭氧反演廓线的误差计算，结果表明，用常规反演方法得到的各层臭氧含量的误差与平流层气溶胶光学厚度有一近似线性的关系；进行气溶胶修正后，与国外的臭氧反演廓线的误差修正工作￣［１］比较，结果较一致。研究提出的气溶胶订正反演方法为更好地对平流层臭氧变化趋势进行研究提供了可能性和可靠的基础。     

大气气溶胶的垂直非均一对向上亮度和卫星遥感地表反射率的效应

均一模式和两层模式是两个忽略气溶胶垂直非均一、并广泛用于卫星遥感的辐射模式。通过两个模式的数值模拟，分析了气溶胶的垂直非均一对向上天空亮度和卫星遥感地面反射率的效应。数值模拟选用了２４个有代表性的气溶胶模式。对于具有强分子散射的卫星短波通道，由于分子和气溶胶散射性的明显不同，应用均一和两层模式计算的向上亮度往往存在较大误差。对长波通道，如果气溶胶的光学特性随高度变化不大，该亮度误差较小，但如果存在不同散射相函数和一次散射反照率的气溶胶层，该误差仍可能较大。对于干净的大气，由均一和两层模式计算的亮度误差可分别高达３１．４％和３１．５％，而对于混浊的大气，该误差可分别高达６７．８％和５９．２％。该亮度误差可以引起地表反射率解存在大的不确定性，特别是对于短波通道和强吸收的气溶胶。对于包含强吸收气溶胶的混浊大气，均一和两层模式不适合于大气订正应用。     

沙尘气溶胶卫星遥感现状与需要关注的若干问题

沙尘暴是全球干旱、半干旱地区特有的一种灾害性天气,所产生的沙尘气溶胶是全球气溶胶系统重要组成部分,对全球环境、天气、气候和生态有复杂的影响。沙尘气溶胶作为一种吸收性气溶胶,对太阳辐射有着较强的吸收,还能通过加热大气、改变大气稳定度、蒸发云滴、减少云量等"半直接方式"影响气候。卫星遥感对沙尘气溶胶的监测具有独特的优势,是全球沙尘研究的重要手段。本文系统整理和介绍了目前常用的可见近红外、热红外、被动微波、紫外和主动激光测量等五类卫星遥感沙尘气溶胶的主要方法,在总结典型遥感仪器和主要产品基础上,讨论了遥感产品的定量精度和地面验证问题,结合辐射传输理论模拟了可见近红外和热红外的卫星观测,探讨了可见近红外遥感的地表反照率影响和热红外高光谱遥感的波段选择问题,最后对未来的一些研究重点进行了展望。     

GMS5卫星遥感气溶胶光学厚度的试验研究

通过模拟 GMS5卫星可见光通道的表观反射率 R对不同大气气溶胶模型、不同下垫面反射率以及不同气溶胶光学厚度的敏感性 ,对利用 GMS5卫星资料反演湖面上空气溶胶的可行性进行了分析 ,并结合地面多波段太阳光度计观测数据 ,反演了巢湖上空大气气溶胶光学厚度。结果表明 ,反演所得 0 .5336μm气溶胶光学厚度强烈依赖于湖面反射率的选取 ,通过选取合适的湖面反射率 ,卫星反演的气溶胶光学厚度和地面光度计遥感的月均值相对误差不超过 30 %。     

对NOAA／AVHRR通道反照率和植被指数的大气影响订正试验

在利用大气窗区进行遥感时,大气成分对辐射的吸收和散射作用造成辐射消弱,从而影响气象卫星（AVHRR）两个通道（可见光和近红外）反演地表反照率值及其差和比的植被指数值。在选取实测卫星资料对其作预处理并考虑仪器定标衰减作用后,利用LOWTRAN－7大气辐射传输模式对卫星资料进行大气订正的探讨,指出气溶胶、水汽等大气参数是订正计算中的敏感因子。       

应用6S模式对EOS-MODIS可见光到中红外波段的大气订正

应用6S辐射传输模式对MODIS可见光到中红外波段的反射率进行大气订正，订正过程分两步进行:首先设定地表为朗伯体，再应用二向反射模型BRDF进行订正，订正结果与美国MODIS研究组应用MAS实验结果进行比较表明，两者变化趋势是一致的；经过臭氧、水汽、气溶胶等散射吸收订正，对于一定范围的反射率，大气订正使植被区红光波段反射率ρ₁降低、近红外波段反射率ρ₂增加，蓝光波段反射率ρ₃降低；大气订正后，归一化植被指数I_NDV较大气订正前有所增加，增加的最大值为0.104，抗土壤-大气植被指数IEV值略有减小，减小的最大值为0.005。     

南极中山站太阳紫外辐射测值比较

比较分析了2017年南极中山站3种仪器测量地面太阳紫外B（UVB）波段和紫外A（UVA）波段的辐照度。以Brewer光谱仪测值为参考,国产宽波段FSUVB日射表在UVB（波段280~315 nm）的辐照度相对误差为（55±75）%,误差随大气臭氧总量的增加呈上升趋势,但在南极“臭氧洞”期间偏低。Yankee UVB宽波段日射表在UVB（波段280~320 nm）的辐照度相对误差为（-31±22）%;国产宽波段FSUVA日射表在UVA（波段315~400 nm）的辐照度相对误差为（23±5.9）%。太阳天顶角低于80°的晴天以Tropospheric Ultraviolet Visible（TUV）辐射模式计算结果为参考时,FSUVB,Yankee UVB和FSUVA辐照度的平均相对误差分别为（30±37）%,（-22±19）%和（27±6.4）%,而Brewer相对误差未超过3.5%。国产宽波段UV日射表测值偏高,反映出波长较长的杂散光对太阳辐照度测值影响明显。     

从全波段太阳直射辐射确定大气气溶胶光学厚度 I. 理论

本文提出了从全波段太阳直射辐射信息确定0.7μm波长大气柱气溶胶光学厚度的一种新方法。数值试验表明，对各类气溶胶谱分布，在水汽含量±0.2cm的误差、臭氧总量±0.1cm的误差、太阳直射辐射的±1%的观测误差以及太阳常数的±2%误差范围内，对小于0.1的0.7μm波长气溶胶光学厚度，它的解误差一般小于0.017，对大于0.1并小于0.6的光学厚度，它的解误差一般小于10%。     

风电场风资源测量与计算的精度控制

根据多个复杂地形风电场观测操作实践和大量观测数据的计算分析,提出了对观测数据和计算质量精度控制的主要措施,包括:复杂地形测风站布设的5个原则,仪器的合理选型和设置;对由于测风仪固有的系统误差和缺测数据的插补订正可能引起的计算误差进行了定量估算,通过对大量实测数据的对比计算显示:①目前普遍采用的进口风速计的相对偏差在1.6%～5.25%之间,由此可导致轮毂高度附近的年平均风功率密度误差在5%以上,最大达13.8%;②在季风气候区、复杂地形和风的年变率较大的地区,进行缺测数据插补订正时,应选取同季或同一主导风向的数据作为插补订正的基础数据,否则可能导致其平均风功率密度相对误差达20%～50%.     

Errors and correction of precipitation measurements in China

In order to discover the range of various errors in Chinese precipitation measurements and seek a correction method, 30 precipitation evaluation stations were set up countrywide before 1993. All the stations are reference stations in China. To seek a correction method for wind-induced error, a precipitation correction instrument called the ＂horizontal precipitation gauge＂ was devised beforehand. Field intercomparison observations regarding 29,000 precipitation events have been conducted using one pit gauge, two elevated operational gauges and one horizontal gauge at the above 30 stations. The range of precipitation measurement errors in China is obtained by analysis of intercomparison measurement results. The distribution of random errors and systematic errors in precipitation measurements are studied in this paper. A correction method, especially for wind-induced errors, is developed. The results prove that a correlation of power function exists between the precipitation amount caught by the horizontal gauge and the absolute difference of observations implemented by the operational gauge and pit gauge. The correlation coefficient is 0.99. For operational observations, precipitation correction can be carried out only by parallel observation with a horizontal precipitation gauge. The precipitation accuracy after correction approaches that of the pit gauge. The correction method developed is simple and feasible.     

T639模式预报系统误差统计和订正方法研究

通过统计2009—2010年T639模式500 hPa高度、850 hPa温度和2 m温度的1～10天预报场的平均误差发现,T639模式的这些气象要素预报都存在明显系统误差,且系统误差随着预报时效的增加而增加。利用＂递减平均法＂尝试订正其预报系统误差,订正结果表明：该订正方法总体表现为正的订正技巧,但订正能力随着预报时效的增加而下降;东亚地区的系统误差小于整个北半球,＂递减平均法＂的订正能力总体小于整个北半球。对比夏、冬半年订正效果发现：对于500 hPa位势高度和850 hPa温度的预报场,冬半年和夏半年订正技巧相当;对于地面2 m温度预报场,冬半年订正能力明显高于夏半年。不同权重系数试验表明：对于500 hPa高度场,权重系数约取0.06时,订正效果较好,而对于850 hPa和2 m温度场,权重系数约取0.1时,订正效果最佳。     

基于Z-I关系和变分校正法改进雷达估测降水

将新回归系数估计法和新误差订正法应用于3 km的雷达CAPPI估测降水,首先用新的回归方法得出更合理的Z-I关系;再用基于变分技术的新的误差订正方法对估算出的降水进行订正,获得较好的估算结果,并且用2005年6月17～25日广东自动站降水和每6分钟一次的雷达基数据对新回归系数估计法和新误差订正法进行验证,结果表明:将新回归系数估计法和新误差订正法用于雷达估测降水,能更好地对雷达回波强度估算降水的一些常见误差进行校订.     

一种改进的TSI3563积分浊度误差校正方法

TSI3563型积分式浊度计是一种性能出色的气溶胶散射系数观测仪器,然而由于仪器设计所固有的限制,TSI3563型浊度计观测结果包含有角度截断和非朗伯体光源两项系统性误差,会使观测结果较真值偏小10%左右。因此,需要对TSI3563型浊度计的观测结果进行校正才能得到较为精确的散射系数观测值。该研究利用2009年华北平原HaChi气溶胶外场观测数据测试了现有校正方法,结果显示,传统的校正方法在我国华北平原这样的高气溶胶污染地区并不适用。为此,提出一种改进的校正方法,利用同时观测的PM₁和PM₁₀数据,在校正方案中加入超微米粒子体积比这一参量,对于不同体积比采用不同的校正函数。利用实际观测数据检验后发现,改进方法的校正效果相对于传统方法有很大改善。     

北京地区雷电定位系统场地误差及其结构分析

本文利用1988,1989两年北京地区雷电定位系统(LLS)探测到的雷电资料,采用作者在文献[10]中提出的参数化方法,分别计算了该系统中各定向仪(DF)的场地误差曲线。结果表明,场地误差曲线不仅是测量方位角的偶周期函数,而且包含着奇周期的成份。同时还表明,同一场地具有相对稳定的误差曲线。 文中还讨论了场地误差产生的原因,并首次提出偶极辐射是产生场地误差的主要原因的观点,推导出了它可能产生的场地误差的函数形式。用此理论可很好地解释实际计算出的各站场地误差曲线的结构特征。     

A Density Correction for Lagrangian Particle Dispersion Models

Current Lagrangian particle dispersion models, used to simulate the dispersion of passive tracers in the turbulent planetary boundary layer (PBL), assume that the density is constant within the PBL. In deep PBLs, where the density at the boundary-layer top may be lower by more than 20% than at the surface, this assumption leads to errors in the tracer concentrations on the order of 10%. In the presence of a vertical wind shear, this also leads to inaccurate calculations of the horizontal tracer transport. To remove this deficiency, a Langevin equation is presented that contains a density correction term. The effect of the density correction is studied using data from a large-scale tracer experiment. It is found that for this experiment, the main effect of the density correction is an increase in the surface tracer concentrations, whereas the horizontal tracer transport patterns remain largely unaffected.     

天气雷达回波衰减订正算法的研究(Ⅱ):数值模拟与个例实验

通过数值模拟研究雷达反射率因子呈均匀分布情况下的“可订正厚度”，计算了“无误差”情况下的订正效果以及“观测误差”、“k的误差”、库分辨等因素对订正效果的影响，还用实际观测个例进行衰减订正实验，并与解析算法和迭代算法的订正结果进行比较。结果表明，逐库算法，尤其是逐库近似算法，比迭代法计算效率高，比解析法有更大的稳定范围。     

An improved method for correction of air temperature measured using different radiation shields

The variation of air temperature measurement errors using two different radiation shields （DTR502B Vaisala,Finland,and HYTFZ01,Huayun Tongda Satcom,China） was studied.Datasets were collected in the field at the Daxing weather station in Beijing from June 2011 to May 2012.Most air temperature values obtained with these two commonly used radiation shields were lower than the reference records obtained with the new Fiber Reinforced Polymers （FRP） Stevenson screen.In most cases,the air temperature errors when using the two devices were smaller on overcast and rainy days than on sunny days; and smaller when using the imported rather than the Chinese shield.The measured errors changed sharply at sunrise and sunset,and reached maxima at noon.Their diurnal variation characteristics were,naturally,related to changes in solar radiation.The relationships between the record errors,global radiation,and wind speed were nonlinear.An improved correction method was proposed based on the approach described by Nakamura and Mahrt （2005） （NM05）,in which the impact of the solar zenith angle （SZA） on the temperature error is considered and extreme errors due to changes in SZA can be corrected effectively.Measurement errors were reduced significantly after correction by either method for both shields.The error reduction rate using the improved correction method for the Chinese and imported shields were 3.3％ and 40.4％ higher than those using the NM05 method,respectively.     

太阳辐射预报滚动订正方法研究

利用2013年1月至2014年12月北京南郊观象台逐时观测总辐射以及BJ-RUC模式系统预报的该站未来24h逐时总辐射、云量、水汽混合比、云水、云冰含量等14个气象要素数据,运用多种线性订正方案对总辐射预报值进行订正,重点分析了不同方法、不同季节、不同样本数的订正效果差异。结果表明:1不同季节辐射订正的影响因素不尽相同,需采用不同的组合订正因子,其中总辐射、2m比湿、2m相对湿度、低云量、中云量、高云量、总云量、云水雨冰雪霰混合比、水汽混合比可作为推荐因子;2最优样本数选取时需考虑季节差异;3逐时滚动订正方案的订正效果较好,明显优于非滚动方案。订正后总辐射误差显著减小,而且79%的时刻有改进,明显减小了预报偏大的系统误差;4冬春季订正效果优于夏秋季,这与云的宏观和微观物理量预报效果的季节差异有关。本文研究结果可为太阳能资源评估、总辐射和光伏电站发电量预报提供有效的改进方法。     

Application of a spectral correction method for measurements of covariances with fast-response sensors in the atmospheric boundary layer up to a height of 130 m and testing of the corrections

Measurement of meteorological quantities with fast-response sensors by means of the eddycorrelation technique allows calculation of turbulent transport without too severe demands with regard to stationarity and homogeneity. However, the measurement system causes frequency-dependent errors due to measuring height, averaging interval, sampling rate and mean wind speed. A correction method (Moore, 1986) was applied to measurements taken on a 130 m tower located at the German North Sea coast. The errors for 10-min averages, obtained at a height of 10 m were between 20 and 30%, mainly caused by the inertia of the sensors, increasing to between 30 and 60% at 130 m height due to a loss of low-frequency parts of the spectra because of the averaging interval. The corrections to the obtained data were validated by comparing the cospectra calculated from the data with the spectra used for the computation of the correction factors.