利用云导风矢量的台风中心自动定位

文中提出了一种利用云导风矢量图进行台风中心自动定位的方法。云导风矢量通过对具有一定时间间隔的两幅相关卫星云图进行模板匹配而得出。模板匹配就是根据已知模式的图像在一幅陌生图像中寻找对应于该模式的子图像的过程。根据气象知识 ,台风云系运动的特点是中心平移量大而自旋很弱 ,且台风中心与台风云系整体的移动方向一致 ,因此求出云导风矢量图中与台风整体移动矢量大小和方向一致的矢量集合的最密集区 ,经过数学形态学处理后便得到台风中心     

两种导风方法在台风路径分析中的 应用比较研究

基于云导风使用的最大相关法（已经广泛应用）和TCFM法（傅立叶相位分析法和最大相关法相结合）两方法的原理,开发了利用FY-2C静止气象卫星30min间隔卫星云图资料获得云迹风的可视化导风实验系统。利用该系统处理2005年夏季麦莎、卡努、龙王等3个台风期间的卫星云图,对得到的云迹风进行台风路径反演分析。结果表明,TCFM导风方法得到的结果优于最大相关法。     

基于傅立叶相位分析的卫星云图导风技术

导出云迹风(Cloud Motion Wind)的传统方法．是用最大相关系数法在间隔30min的卫星云图序列上计算示踪云的位移．以获得有关高度上风的估计值。但在用这种方法处理1min间隔云图时产生“亚像素尺度位移”问题。过去对傅立叶分析法的初步研究表明．对示踪云进行频域波谱分析,由谐波的相位变化计算波速。能够避免“亚像素尺度位移”问题。本文在此基础上,给出详细的理论推导和个例验证。     

利用卫星资料制作天气系统移动预报

本文使用交叉相关及后向轨迹预报的方法,对未经人工处理的两张不同时次的卫星云图灰度进处理,在前一时次卫星云图上定义一个象素子集,并在后一时次卫星云图定义的区域内计算逐个象素子集的相关系数,然后找出与前一区域具有最大相关系数的象素子集,把这两个象素子集中心的连线看作是象素子集内云的移动。利用天气系统运动的连续性和保守的性质,找出其移动的规律,并由此客观地作出天气系统的移动趋势,预报取得了较为满意的结果。     

在台风业务系统中使用卫星云导风资料的试验

在国家气象中心台隐数值预报业务系统中引入国家卫星气象中心提供的卫星云导风资料,进行两项预报试验。第一项是把卫星云导风资料作为观测资料进行最优插值客观分析;第二项是将云导风资料加入到轴对称的人造台风模型风场上,使之产生非对称风场。试验结果表明：卫星云导风资料作为观测资料进入模式后对减小台风路径预报误差效果明显;用云导风形成人造台风模型非对称风场可进一步提高台风路径预报精度。     

逐时云迹风资料同化对暴雨预报的模拟试验

文中基于不同的云迹风同化方案,用GRAPES模式对2005年7月11-12日长江中下游一次暴雨强降水过程进行了云迹风资料同化试验及数值模拟,通过对比分析不同方案所得的分析场及预报场的差异,研究逐时云迹风资料三维变分同化对分析场及暴雨预报的影响.首先,根据连续性原理及双通道各层次云迹风资料的误差分析,分3个步骤对7月11日00:00-12:00 UTC共12个时次的双通道云迹风资料进行了初步的质量控制;然后,把经过质量控制的云迹风资料放入基于GRAPES 3D-VAR三维变分同化方案开发的逐小时循环同化系统中进行同化,将得出的分析场与单一时次未经质量控制的云迹风资料同化得出的分析场进行对比,探讨了逐时云迹风资料同化对数值预报分析场的影响;最后,把同化后的分析场作为初始场,用 GRAPES模式对 2005年7月11-12日长江流域暴雨过程做24 h降水预报试验,分析两个同化方案所模拟得到的预报场的差异.结果表明,经资料的筛选、同经纬度单点通道的选择及资料的稀疏化3个步骤控制后,各层次云迹风资料的误差有明显减小;加入经质量控制的逐时云迹风资料其三维变分同化可以提高分析场中风压场及水汽场的质量;而且在暴雨预报试验中可以相对更准确地预报暴雨落区及雨强.     

利用静止卫星云图进行二维傅里叶相位导风试验

根据二维傅里叶相位分析原理,对1 min间隔的IR云图进行由云推导风的反演。利用模块高度频数直方图把云分为高、中、低云。对连续三幅IR云图进行二维傅里叶相位导风计算,得到两个反演风场,对两个风场相同位置上的风矢进行逐点比较,剔除风向或风速差别较大的风矢,再对处理后的风场进行高度调整法的质量控制,把不合理的风矢剔除或调整到合理的高度层,得到连续性较好的风场。     

用红外和水汽两个通道的卫星测值指定云迹风的高度

提出了一种改进的用红外和水汽两个通道的测值指定云迹风高度的算法。利用红外水汽散点图和云迹风本身自动地将有低云的目标区、有半透明卷云的目标区、有密蔽高云的目标区分开。在有低云的目标区和有密蔽高云的目标区用红外一个通道指定云高。在有半透明卷云的目标区用红外和水汽两个通道指定云高。在用两个通道的测值指定云高时，假定卷云高度以上不存在水汽，以红外和水汽两个通道亮温相同这个方程与两个通道辐射测值线性相关的方程联立解出云的高度     

Construction of vertical wind profile from satellite-derived winds for objective analysis of wind field

During summer Monex-79, a variety of observing systems viz. research ships, research aircrafts, constant pres-sure balloons and geostationary satellite etc. were deployed, besides the regular conventional observations The pur-pose of these additional systems was to make the best possible data for the studies on various aspects of monsoon cir-culation. The present study is aimed at the construction of vertical wind profile using cloud motion vectors obtained from GOES (I-O) satellite and to examine whether the constructed wind profiles improves the representation of the monsoon system, flow pattern etc. in the objective analysis. For this purpose, climatological normals of the wind field are considered as the initial guess and the objective analyses of the wind field are made with, first using only data from conventional observations over land areas, subsequently including the constructed winds from cloud motion vectors. These analyses are then compared with the standard analyses of wind field obtained from Quick Look Atlas by T. N. Krishnamurti et al. (1979).It is inferred that satellite estimated mean wind profiles show good agreement with the mean wind profiles of the research ships with RMS errors less than 5 mps below 500 hPa and less than 8 mps above 500 hPa. It is further infer-red that the inclusion of constructed winds shows a positive impact on the objective analysis and improvement is seen to be more marked in the data-sparse region of the Arabian sea. Analyses which include the constructed winds show better agreement with the standard analysis, than the analyses obtained using only conventional winds. Thus, results of our study suggest that the wind profiles constructed using cloud motion vectors are of potential use in objective analysis to depict the major circulation features over the Indian region.     

一种改进后的交叉相关法(COTREC)在降水临近预报中的应用

利用多普勒雷达资料,采用一种改进后的交叉相关法(COTREC)建立了一种降水临近预报方法。COTREC法的基本原理是对传统交叉相关法(TREC)反演的风场进行水平无辐散处理,得到COTREC风场,用新的风场外推得出的回波能够保持平滑连续的形状。但是这种方法也存在缺陷,由于采用水平无辐散限制,使得外推反演得到的风场在不同程度上受到削弱,从而外推后的回波略慢于实况观测的回波。通过引入数值预报平均风场作为TREC风场背景场,较好地解决了TREC风场受到削弱的问题,并用该方法对2007年6月23—24日强雷雨天气和2007年台风“圣帕”两次降水过程进行了预报试验,试验结果表明：采用改进后的交叉相关方法的降水临近预报与雷达实际观测比较一致,可作为台风、强对流等灾害性天气的降水临近预报方法之一。     

傅立叶相位分析导风技术的适用范围和相位重叠分析

本文利用傅立叶相位分析法对示踪云进行频域波谱分析，通过谐波的相位变化计算波速，从而导出云迹风(Cloud Motion Wind—CMW)。本文研究表明，对于给定的导风云图序列，如果示踪云在给定时间间隔内的位移小于两个像距，适用傅立叶相位分析法计算云迹风；否则，在用傅立叶相位分析法计算波速时由于高次谐波出现相位重叠，从而使计算的波速小于实际风速，此时适用最大相关系数法。     

交叉相关外推算法的改进及其在对流临近预报中的应用

交叉相关外推算法是目前对流临近预报的主要算法之一。它主要是通过计算雷达回波等资料在连续时次的空间最优相关, 得到对流系统不同位置的移动矢量特征, 并基于这些获得的移动矢量对雷达回波等进行外推, 从而达到预报的目的。因为算法既考虑了回波移动矢量大小和方向的变化, 也考虑了整个回波在移动过程中的形变, 所以, 基于该算法的外推临近预报具有一定的物理意义。该文介绍了交叉相关外推预报算法的基本原理, 对算法进行了一系列的质量控制, 包括抑制地物杂波和噪声的影响、对“丢失”计算的点进行矢量补充以及对追踪的矢量进行平滑处理等多个步骤。个例对比分析表明:算法在通过质量控制和优化处理后, 追踪的回波移动矢量质量明显改善。利用优化后的算法, 对2004年夏季和2005年夏季发生在京津冀地区的4个强对流个例, 包括2次飑线过程、1次雹暴过程和1次强雷暴过程, 进行了外推临近预报试验, 并且对算法在对流临近预报中的效果做了初步的检验评估。结果表明:该算法对强对流天气过程的临近预报具有一定效果, 算法可以给出未来30 min或者60 min内雷达回波和雷暴位置以及形状的外推预报, 预报结果与实况比较接近。     

南半球中高纬度区域不同类型云的辐射特性

利用CloudSat的2B-CLDCLASS-LIDAR云分类产品和2B-FLXHR-LIDAR辐射产品4 a（2007-2010年）的数据,定量分析了单层云（高云、中云、低云）和3种双层云（如:高云与中云共存、高云与低云共存以及中云与低云共存）在南半球中高纬度（40°-65°S）的云量、云辐射强迫和云辐射加热率。其中云辐射加热率定义为有云时的大气加热率廓线与晴空大气加热率廓线的差值。结果表明:研究区域盛行单层低云和单层中云,其云量分别为44.1%和10.3%。并且,中云重叠低云在双层云中云量也是最大（8.7%）。不同类型云的云量也显著影响着其云辐射强迫。单层低云在大气层顶、地表以及大气中的净云辐射强迫分别是-64.8、-56.5和-8.4 W/m2,其绝对值大于其他类型云。虽然单层的中云在大气层顶和地表的净辐射强迫也为负值,但其在大气中的净云辐射强迫为正值（2.3 W/m2）。最后,讨论了不同类型云对大气中辐射能量垂直分布的影响。所有类型云的短波（或长波）云辐射加热率都随高度升高表现为由负值转为正值（或由正值转为负值）。对于大部分云,其净云辐射加热率主要由长波云辐射加热率决定。这些研究结果旨在为模式中云重叠参数化方案在区域的适用性评估及改进提供观测依据。      

MODIS多光谱云相态识别技术的应用研究

介绍了卫星多光谱云相态识别的基本原理, 并给出了EOS/ MODIS云相态识别的流程。针对简单和复杂云场, 利用个例并结合无线电探空资料与MODI S三通道合成图肯定了多光谱云相态识别的合理性和实际效果。文中对几个特定天气系统(西南涡旋和西太平洋台风)下大面积云场相态分析的结果表明:多光谱云相态识别技术有一定应用价值, 且需要引入可见光技术来减少红外谱段对多层云覆盖和薄卷云的相态分析误差。     

2007年秋季河北地区云微物理结构的飞机探测分析

利用2007年飞机探测资料,对河北地区云微物理结构进行了分析。结果表明,高层云底部云滴数大于中上部,随高度增加粒子直径增大。最大云中液态水含量为0.25g.m-3,底层平均云中液态水含量为0.025g.m-3。层积云中上部数浓度高于底部,云滴数浓度变化范围为10～80cm-3,云滴平均直径为7.56μm,总趋势随高度增加云滴直径先增大后减小。云滴谱变窄、双峰消失与含水量的起伏有一定的关系。综合增雨作业资料,发现有时预设的飞机作业高度并不是十分合理,在飞机性能条件允许的情况下,可以适当提高或降低作业高度,人工增雨的效果可能更好。鉴于作业层的温度,9月29日和13日可以考虑使用液氮或液态CO2等制冷剂进行催化。     

Kinematics, cloud microphysics and spatial structures of tropical cloud clusters: A two-dimensional cloud-resolving modeling study

Kinematics, cloud microphysics and spatial structures of tropical cloud clusters are investigated using hourly outputs from a two-dimensional cloud-resolving model simulation. The model is forced by the large-scale vertical velocity, zonal wind and horizontal advections obtained from Tropical Ocean Global Atmosphere Coupled Ocean–Atmosphere Response Experiment (TOGA COARE). A period of 1600–2300 LST 21 December 1992 is selected for this study when the zonal-mean westerly winds in the lower troposphere intensify while the zonal-mean easterly winds above weaken. Under the vertical-shear environment, there are a westward-propagating cloud cluster, a newly-formed cloud cluster, and four eastward-moving cloud clusters. Two weak eastward-moving cloud clusters merge into strong westward-moving cloud clusters. Merged clouds display notable growth in the eastern edge, indicating that merging processes enhance convection. The development of the new cloud at the western edge of the existing cloud cluster before merging may account for the westward propagation of cloud cluster group, while the advection of the maximum total hydrometeor mixing ratio by the westerly winds after merging may cause the eastward propagation of individual cloud clusters.     

2014年青藏高原云和降水多种雷达综合观测试验及云特征初步分析结果

加密外场试验可提供云降水物理过程新的数据。2014年7月1日—8月31日,第3次青藏高原大气科学试验项目组在那曲开展了水汽、云和降水的综合观测,使用了中国最先进的Ka波段毫米波云雷达、Ku波段微降水雷达、C波段连续波雷达和激光雷达,并配以微波辐射计、雨滴谱仪等设备,获取了高时空分辨率的云和降水宏微观垂直结构特征数据;利用C波段双线偏振雷达与新一代天气雷达配对,进行双多普勒雷达观测,获取青藏高原对流云三维风场和降水粒子相态的结构和演变数据。文中简单介绍了本次试验的情况,并利用这次观测的云雷达数据对那曲地区夏季云的云顶和云底高度、云厚、云量、云层数等特征的日变化进行了初步统计分析,对不同类型云的宏观特征进行了讨论。结果表明:本次外场试验首次成功获取到了多种雷达的云观测数据。那曲地区夏季云主要集中在6 km(距地面高度,下同)以上和4 km以下;总云量、高云的云顶、云量和云厚等云的统计参数有明显的日变化,10时(北京时)为云发展最弱的时段,20时云发展最为旺盛;初生的积云和层云常常出现在3 km高度上,这一高度上常常存在明显的上升气流;深对流系统高度可达16.5 km,同时存在上升气流和下沉气流,对流中可能存在过冷水。这些数据和初步结果为进一步开展高原云和降水机理、云和降水物理过程参数化方案研究及卫星反演结果的订正提供了基础。     

华北两类灾害性云团的对比研究

运用卫星云图、常规资料以及数值预报分析产品,分析了1998年夏季华北地区出现的强灾害性雷暴云团和暴雨云团。结果指出:它们的形成、发展条件及移动方式,均有着显著的不同特征;卫星云图与其它资料结合,是监测和预报这两类云团的有效途径。     

双站数字摄像测量云高

文章提出一种新的地基、双站数字摄像测量云高的方法, 采用两台数字摄像仪同时拍摄实时云图, 自动搜索两幅图像中相互匹配的特征区域, 通过计算特征区域之间的位移量来求取云高。将双站数字摄像云高测量系统与合肥骆岗机场激光测云仪进行对比, 结果较一致。通过对云高计算公式的误差分析确定了适于该系统进行测量的条件, 如基线长度应尽可能长, 但不宜超过200 m, 有效的云高测量视场角在±45°以内。此外还讨论了该方法的优点和局限性。