CRTM微波亮温模拟对地表和云参数的敏感性分析

利用快速辐射传输模式CRTM研究了微波地表发射率和微波亮温对地表参数和云参数的敏感性问题。首先利用实测的云南思茅地面和探空资料,通过CRTM正演了12个微波通道的地表发射率和亮温,与AMSR-E卫星亮温资料进行对比,分析了模拟亮温的正演误差,研究了地表参数对微波地表发射率模拟的敏感性,并重点分析了微波亮温对地表和云雨参数的敏感性。结果表明,地表参数中土壤湿度、地表温度和植被覆盖度三者对CRTM模拟亮温影响较大,而模拟微波地表发射率主要受土壤湿度和植被覆盖度的影响;有云雨存在时,降水云比非降水云的影响大。6种云中,雨云对模拟的影响最大。晴空条件下,大部分通道的正演亮温误差在3 K以内,垂直极化较水平极化误差小。低频通道比高频通道受地表参数影响大,受云雨影响小,垂直极化比水平极化更稳定。其中10.65 V通道几乎不受云雨影响,但对地表参数非常敏感。     

GMS-5实时资料反演大气水汽含量的研究

采用新疆“96·7”特大暴雨期间逐日08、20时1°×1°网格常规观测资料和GMS－5红外一、二通道及水汽通道的亮温资料,对比分析了水汽通道亮温场与大气水汽含量场之间的关系,水汽通道亮温高值带对应大气水汽含量场上的干区,低值带对应温区。水汽通道亮温（W）≤230K的区域的分布和走向能够表征水汽输送通道。同时进一步讨论了GMS－5三个通道亮温资料与大气水汽含量之间的相关性,利用一元或多元回归方法拟合大气水汽含量,并对拟合结果进行了误差分析。     

导致区域性雷暴大风天气的云型分类及统计特征分析

利用2005—2011年的静止卫星、常规探空和重要天气报资料,文章选取了18次典型区域性雷暴大风过程,在分析500 hPa天气形势基础上对导致雷暴大风的强对流云型进行了分类分析,其发展过程可划分为初始、发展、成熟和消亡四个阶段。对静止卫星观测的定量特征分析表明,对流云团中IR1通道和水汽(WV)通道的亮温差基本为负值,其值的不断减小预示着强对流在持续发展;在监测和预报雷暴大风天气时,需要特别关注长椭圆形强对流云带的右侧和其右侧的孤立对流云团,尤其是TBB(红外亮度温度)低负值区、TBB高梯度区、IR1和WV通道亮温差值区及大梯度区均配合的区域。在定性分析的基础上对静止卫星IR1与WV通道的亮温特征进行了定量统计分析,获得了雷暴大风出现站点附近的红外亮温、水汽亮温、IR1与WV通道亮温差和红外亮温梯度的分布情况,结果发现大部分站点的雷暴大风天气出现在以下时段:红外亮温由急剧下降到平缓下降之间的过渡期;IR1与WV通道亮温差由迅速下降转为缓慢下降或稳定少变的时间点前后,且多数处于IR1和WV通道亮温差由正转负临近的时间段内;红外亮温梯度达到最大的时间点附近或开始下降的时候。     

卫星云图云顶亮温与气象要素关系初探

云顶亮温与各种气象要素（或某些要素）存在较好的相关统计特性。为了获得气象要素与云图云顶亮温的定量函数关系，针对冷锋云系将实时云顶亮温与气象要素资料进行统计分析，在许多因子中进行了选取或剔除，结果认为有关层次的涡度、散度、高度和地面气压等要素相关性最好。     

基于多种底图的云检测

利用静止卫星红外和短波红外通道资料的特点,生成了红外亮温底图与红外减短波红外差异底图,并充分利用这几种底图的特性,结合时空相似性检测来进行云检测的校正,实现了用动态阈值技术进行云检测.分析表明,红外亮温底图对于中高云系的检测效果较好,差异底图对于中低云系的检测效果较好,通过时空不同性测试可以将误检为云的晴空重新识别出来.算法取得了较好的检测效果.     

TOVS/MSU-ch.2亮温的中尺度天气特征环境

将NOAA-11探测仪TOVS/MSU-ch.2亮温，对照分析四川省（20°—40°N，90°—110°E）境内1989年7月7日至12日几次重复出现的中尺度云团发展和降水过程，得到两点看法:①MSU-ch.2亮温可能表示700 hPa附近中尺度天气的一种特征环境；②强中尺度对流云团可能在MSU-ch.2亮温分布的相对低值到高值过渡带内强烈发展，有时偏向高值区出现降水天气。     

鄂尔多斯高原及周边地区地面温度的计算研究

采用一种分裂窗方法，利用ＮＯＡＡ－ＡＶＨＲＲ资料计算了鄂尔多斯高原及周边地区的地面温度。用３、４、５通道的数据计算地面发射率，其以发射率和４、５通道亮温结合计算地面温度。通过与当地气象站接近时次的实测资料相比，夜间计算差值在±１℃以内的占８０％，白天占６７％，最大差值－３．８℃。作为一种宏观地表监测手段，该方法是可行的。     

用NOAA卫星可见光和红外资料估算甘肃省东部农田区土壤湿度

应用NOAA卫星AVHRR通道1、2计算的植被指数和通道4的亮温、农业气象试验站观测的土壤湿度，并结合气象卫星完成的土地覆盖分类等资料，建立了由植被指数和亮温估算甘肃省东部农田区土壤湿度的方程。结果表明，农田土壤湿度与植被指数和亮温间均存在一定相关关系；用植被指数和亮温可以估计土壤湿度情况，并对干旱进行监测。     

天线罩疏水层老化对微波辐射计观测的影响分析

地基微波辐射计因天线罩疏水层老化，在雨天探测时天线罩上易形成积水从而造成探测性能的不稳定，是影响其在科研业务中广泛应用的关键问题之一。本研究利用2017—2018年北京地区6台微波辐射计降雨期间的观测数据，分析天线罩疏水层老化对其观测亮温的影响，结果显示随着天线罩使用时间的增长，尤其是使用3个月以后，降水时亮温增大的幅度明显变大，降水结束后亮温增大的持续时间也有增长趋势。同时，在北京南郊站开展的微波辐射计天线罩淋雨试验结果表明，天线罩使用40 d以后，随着天线罩污染老化，淋雨时观测亮温增大的幅度呈跳跃式增长，且淋雨结束后亮温仍然偏高，最长时间达2 h以上。因此，为提高微波辐射计观测数据的可用性，建议在实际使用过程中每季度更换一次天线罩，对于京津冀等重污染地区可根据实际情况适当提高更换频次。     

TOVS／MSU－ch．2亮温的中尺度天气特征环境

将ＮＯＡＡ－１１探测仪ＴＯＶＳ／ＭＳＵ－ｃｈ．２亮温，对照分析四川省（２０°－４０°Ｎ，９０°－１１０°Ｅ）境内１９８９年７月７日到１２日几次重复出现的中尺度云团发展和降水过程，得到两点看法：①ＭＳＵｃｈ．２亮温可能表示７００ｈＰａ附近中尺度天气的一种特征环境；②强中尺度对流云团可能在ＭＳＵ－ｃｈ．２亮温分布的相对低值到高值过渡带内强烈发展，有时偏向高值区出现降水天气．     

校正热带测雨卫星轨道抬升对微波成像仪亮温的影响

热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)在2001年8月轨道高度从350 km升高至402 km,搭载于其上的微波成像仪(TRMM Microwave Imager,TMI)的入射角随之发生变化,进而使得相应探测结果(亮温)发生改变,从而导致由此反演的大气参数出现虚假的突变。为保证轨道抬升前后TMI亮温资料的连致性,以便更好地用于气候研究,本研究首先分析了洋面轨道抬升前后亮温的差异及变化原因,然后结合微波辐射传输模式,分析了不同环境参数对亮温变化的影响,在此基础上用线性变换的方式对轨道抬升后的亮温进行了修正,并从不同角度检验修正效果。结果表明,轨道抬升前后亮温呈线性关系,低频垂直极化通道亮温轨道抬升后升高了0.8-1.6 K,其他通道亮温变化不大。经过修正,轨道抬升前后的亮温趋于一致,月平均亮温偏差明显减小,低频垂直极化通道亮温在轨道抬升期间的突变被消除,亮温变得连续平稳,可用于气候研究。     

基于葵花-8卫星宁夏暴雨监测预警指标研究

基于葵花-8卫星红外通道资料和地面降水数据,对2017年5—9月宁夏暴雨过程进行云团识别、特征参数(云顶平均亮温、最低亮温、亮温梯度、冷云面积和降温率)计算及监测预警指标分析.结果表明:所选云团特征参数在不同类暴雨过程中有较明显的表现特征.暴雨发生时,云顶平均亮温和最低亮温分别介于213～228 K和199～227 K...     

云参数对微波亮温模拟计算的影响试验

利用CRTM (Community Radiative Transfer Model) 快速辐射传输模式对NOAA-K系列卫星的AMSU-A通道亮温进行正演模拟,重点研究云粒子类型、云高、云厚度等云参数对微波亮温模拟的影响。结果表明:改变云粒子类型时,云水和雨水对模拟亮温影响较大,模拟亮温值比晴空高1 K;霰、雪、冰、雹等固态粒子对模拟亮温的影响较小,模拟亮温值略低于晴空无云情况;云层光学厚度较大时,各通道亮温受云层影响的情况取决于权重函数峰值高度和云顶高度的配置;多个高度存在云时,若最上层云较厚 (2 km),光学厚度大,相应通道亮温取决于最上层云,较低层云对亮温不产生影响;云层变薄,光学厚度减小,高度低于云层或略高于云顶的通道亮温随云层厚度的变化明显,若通道高度远高于云顶,云层厚度的变化对于其亮温模拟的影响很小。     

多型号地基微波辐射计亮温准确性比对

目前,国内外对于地基微波辐射计的探测能力多从温湿廓线等二级产品级进行考察,其误差包含反演算法和硬件系统两部分的贡献,不易区分。为直接考察硬件系统的观测性能,试验将评估对象前移,直接对一级亮温数据进行比对分析。利用2016年1月-2018年3月中国气象局大气探测试验基地4台地基微波辐射计和业务探空的同址观测数据,以探空数据输入MonoRTM辐射传输模型得到的正演亮温为参考,考察不同天气、不同季节微波辐射计的探测准确性。结果表明:国产与进口设备观测亮温的准确性相当。4台地基微波辐射计实测亮温与模拟亮温相关性较好,相关系数基本超过0.9,均达到0.001显著性水平。晴空条件下,实测亮温较模拟亮温均方根误差平均为2.08~3.75 K;德国辐射计亮温偏差最小,各通道平均偏差为1.08 K,均方根误差平均为2.08 K。亮温偏差在冬季最小,夏季达到最大。建议提高定标准确度并进行质量控制以确保亮温准确性,谨慎使用降水期间辐射计的观测数据。     

用红外云图估测小区域雨强及其在短时预报中的应用

在吸收国内外对卫星估测降水的经验和方法的基础上,利用深圳自动气象站网观测资料,对卫星云图资料进行分析、对比、反演,得到小区域红外云图对流云云顶亮温与降水强度的统计关系,建立了一个利用红外云图云顶亮温,结合空气水汽含量,云顶亮温的变化进行自动短量估测小区域对流云团降雨强度的方法;利用这种方法对深圳本地的短时强降雨的估测取得较好的效果。并在此基础上,运用云团移动外推的办法预测未来小区域云顶亮温的变化,     

南京对流降水和闪电的TRMM资料分析

用热带降雨测量卫星的测雨雷达2A25产品、微波成像仪1B11产品和闪电成像仪观测资料分析了2007—2008年南京及周边地区五个对流降水云系的降水结构、微波亮温和闪电特性。结果表明,当对流降水云系处于发展阶段时,对流降水是降水量的主要贡献者;而当对流降水云系处于成熟或者逐渐消亡阶段时,对流降水就逐渐向层云降水转变,此时降水量主要由层云降水产生。两种类型降水在降水强度、雨顶高度存在显著区别。微波亮温与近地面2 km处的降水强度呈负相关,基本能反映出近地面的降水强度,尤其是在对流系统的成熟和消散阶段。37.0 GHz亮温最能指示近地表的降水强度。近地面2 km处的降水强度均随闪电次数的增加而增强。     

基于卫星亮温资料同化对2009年热带风暴“浪卡”的数值研究

本文利用三维变分同化系统（WRFDA）,设计了4个同化试验方案,将ATOVS卫星亮温资料直接同化到中尺度数值模式（WRF）中,研究同化ATOVS不同卫星亮温资料对2009年04号热带风暴“浪卡”数值模拟的影响。结果表明,直接同化卫星亮温资料能够改善初始场结构（大气流场、温度场）,尤其是对西太平洋反气旋系统,进而提高对热带气旋路径的模拟精度。同化不同类型的ATOVS卫星亮温资料对于热带气旋的移动路径有着不同程度的改善,其中以HIRS3和HIRS4资料同化对热带气旋移动路径改善效果最好。     

冰雹云降水过程中微波亮温的变化特征

通过冰雹云模式模拟的一次冰雹云降水过程中降水粒子廓线和微波辐射传输模式结合,分析了冰雹云发展的不同阶段的微物理含量垂直结构变化及其对微波亮温的影响,得到以下几点结论:1)如果微波通道受到降水粒子散射和辐射的共同作用,如降水云早期的85 GHz亮温,成熟期的19 GHz亮温及消散期的37 GHz亮温,由于辐射和散射信息互相抵消,致使亮温随雨强的变化较复杂,这些通道亮温和雨强的相关性明显降低,不宜被用来反演地面雨强。2)根据19 GHz亮温随地面雨强或冰相粒子柱含量的改变,可以大致确定降雨云的不同阶段:在发展阶段,主要是降雨层以上的冰相粒子,尤其霰粒影响19 GHz亮温,致使其亮温与冰相粒子柱含量具有较好的负相关,而与地面雨强相关性较差;在成熟阶段,主要受雨水上层逐渐增加的辐射和冰相粒子散射共同作用,使得19GHz亮温与地面雨强和冰相粒子柱含量的相关性都不太好;在消散阶段,19 GHz亮温主要受较强的雨水辐射影响,与地面雨强和冰相粒子柱含量均有着较高的正相关。3)37 GHz是相对比较稳定的通道,其亮温与地面雨强有较好的线性关系,尤其与冰相粒子柱含量相关性更好,因此是反演地面雨强和冰相粒子柱含量的最佳通道。85 GHz亮温对降雨云体的中高层结构较为敏感,使得其亮温随地面雨强增加而降低的变化比较离散,不如37 GHz的集中。     

利用NOAA卫星AVHRR资料分析云的性质

文章利用NOAA卫星AVHRR的通道3（3.55～3.93 μm）、通道4（10.3～11.3 μm）和通道5（11.5～12.5 μm）所在波长上的亮温（BT3,BT4,BT5）以及它们之间的亮温差（BTD34,BTD45）,分析云的性质。分析表明:对于密蔽的云和无云区,通道间亮温差有极小值,在密实的云区BTD34可出现负值;当存在半透明云时,通道间亮温差大;云与背景地面之间温差点聚图的振幅越大,通道间亮温差越大。     

浅谈利用卫星云图资料估计降水的方法

本文介绍了卫星云图估计降水的几种方法,并通过对卫星云图数据的处理得到实时亮温场,建立亮温场与降水量之间的相关方程,进行降水估算。