EOS—MODIS卫星资料在北疆大雾监测中的应用分析

根据雾与云、积雪、裸地等地表物在可见光、长波红外和中红外波段的反射及辐射特性差异,利用MODIS卫星多通道多光谱探测数据,采用最佳波段组合法和量化判识指标法,对2006年3月8日到10日北疆大雾天气进行判识检验试验和动态监测分析。结果:发现较利于雾与背景(地物、云、雪)分离的最佳波段是可见光B0.65μm和近红外B0.85μm、短红外B1.64μm、中红外B3.7μm、热红外B11μm,综合判识就可以将云、雾、雪、裸地有效的区分;雾在夜间的有效温度在中红外波段比热红外波段低,可采用中红外和热红外波段的组合方法,根据两通道的亮温差进行雾的监测。     

利用NOAA/AVHRR资料分析雾顶的微物理特征

选取2006年的冷雾、暖雾和海洋平流雾3个个例,利用NOAA/AVHRR多光谱资料建立了RGB合成图,并反演生成了雾滴有效半径,利用可见光反射率、温度、雾滴有效半径等特征量,定量分析了雾顶微物理特征。分析表明,在RGB合成图上,雾呈现出纹理均匀、顶部光滑、边缘清晰的特点;3类雾的可见光反射率在30%~60%之间,较厚的雾可见光反射率较高,雾的有效半径小,为7~10μm,其值较稳定;与层状云相比,雾顶亮温较高,海洋平流雾的雾顶亮温比周围海表温度高。通过与地面观测值比较,反演的雾滴有效半径较为合理,说明反演结果较可靠。     

用NOAA/AVHRR探测地表反射率和NDVI的订正及误差分析

NOAA/ AVHRR反射率和标准化差值植被指数 (NDVI) 资料在气象、水文等领域都有广泛的应用。但因为地表双向反射和大气对可见光和近红外辐射的影响, 即使在地表没有变化的情况下, 卫星探测到的反射率和NDVI也有很大的变化。在除云处理和NOAA-14/AVHRR衰减校准的基础上, 利用6S模式对NOAA-14/AVHRR可见光和近红外反射率及NDVI资料进行了大气订正, 并利用Roujean和Rahman模式在大气订正后进行了双向反射订正。大气订正使可见光反射率减小3.34(反射率单位), 近红外反射率增加3.43(反射率单位), NDVI增加了0.22, 分别占各自平均值的78.2%, 15.9%, 35.5%。双向反射订正对NDVI的绝对值影响不大, 但消除了反射率和NDVI的不规则变化, 订正后能够较好地反映森林植被的物候效应。对各订正参数进行了误差分析, 结果表明订正对太阳和卫星天顶角的误差最敏感。     

应用FY-1D气象卫星监测雾

简要介绍了FY-1D气象卫星的特点。利用典型的FY-1D资料,通过直方图分析法,探讨了雾在FY-1D不同通道的光谱特征。分析结果表明,可见光通道1和红外通道4是FY-1D卫星监测雾的代表通道。通道1图像上,雾的反照率在20%～48%之间,且纹理均匀,顶部光滑,边缘清晰,而通道4图像上,雾的亮温在272～289K之间,与地表温差不超过6K。     

对雾-霾过程的综合探测

通过大气细粒子激光雷达和台站探测仪器,探测北京一次雾 霾天气过程,结合地面观测和高空探测气象要素的变化,分析了该雾 霾天气过程能够持续的气象条件：(1)温度持续上升,相对湿度维持在50%以上,风速基本在2 m·s-1以下,高温、高湿、小风速等气象条件不利于颗粒物的迅速扩散;(2)逆温层的持续存在,大气对流减弱,阻止了颗粒物向高空扩散,颗粒物大量积累。以上两个主要原因造成了该雾 霾天气过程的持续。降水对颗粒物的冲刷、湿沉降作用以及冷空气的到来造成地面风力增大,促使了雾 霾天气过程的最终消散。从细粒子激光雷达探测结果发现,在每天中午雾 霾垂直高度都会降低,整个过程中细粒子激光雷达和地面仪器探测的结果基本一致,但通过激光雷达和L波段探空资料对比发现,在存在饱和水汽天气状况时,细粒子激光雷达探测雾 霾高度偏低。     

辐射雾生消的数值研究(Ⅱ)──生消机制

首先分析了雾过程中影响温度、含水量及雾滴浓度的各种因子的变化，包括长短波辐射、湍流、凝结蒸发、重力沉降及碰并等过程。在此基础上，描绘出辐射雾生消变化的物理图象，即机制。最后，就不同风场、云层覆盖及土壤参数等对雾过程的影响进行了讨论。现在工作单位：     

雾的气象卫星遥感光谱特征

从大气辐射传输理论入手，用频谱分析方法研究了气象卫星遥感图像上云雾的可见光和红外光光谱特征，阐述了雾在NOAA各通道的光谱响应特征及相关指标。根据云雾的不同顶部结构，分析了云雾反射可见光的非朗伯特性。根据瑞利(Rayleigh)准则，解释了低太阳高度角时可见光对云雾具有更强的识别作用，指出雾与云相比，具有更强的方向性反射特点，当卫星处于云雾层的镜面反射方向时，雾区具有更强的亮度，即反射率高于云区；反之．雾区则相对较暗，指出可见光在云雾识别方面具有重要作用。通过分析云雾层的不同红外光谱特点，给出了一些云雾识别与分类的指标，说明了通道组合方法对云雾识别的重要作用，为云雾分类提供了依据。通过时间动态的频谱分析，给出了判断大雾成熟期的光谱特征，对判定大雾的发展与消散具有重要意义。     

雾对城市边界层和城市环境的影响

根据1999年11、12月及2001年2月北京市几次雾过程的大气边界层探测资料,再配合大范围气象资料,分析了北京城市雾发生过程中的大气环流形势,对比研究了出现水雾和霾时不同的边界层结构特征,结合环境污染监测资料,分析了雾对城市大气环境的影响.结果表明,在雾的发生发展过程中,边界层的温度层结由雾前的逆温层转变为雾区内的近中性层结,雾的微物理结构变化也表现出对污染物的沉降作用明显减弱,造成在雾发生时,城市空气污染相对严重.同时,该文初步探讨了这种变化的物理机制.     

利用GOES9静止卫星的PGM云图辨别雾区方法初探

本文通过GOES9静止卫星的PGM云图和沿岸地面测站的观测结果,结合2005年3月27日一次大雾个例展开研究,通过分析PGM云图在所获得的可见光云图上,确定一个最低反照率来辨别雾区;另外,试图选择1通道红外云图亮度温度值结合确定雾区和高度,并且希望以此来进行夜间雾区的监测和预报。经过选取不同最低反照率反复试验,最终确定0.13能够很好地反映雾区,而利用1通道红外云图则不能通过亮度温度TBB这一指标确定雾区。     

北京地区一次持续性大雾的宏观物理特征

通过分析北京地区2004年11月30日和12月2日出现的两场大雾生成的天气背景,大雾生成阶段和消散阶段的温度、湿度、气压和风场特征,探讨北京地区大雾的宏观物理特征。所用数据资料是通过系留气球探测所得,分析了气象要素的廓线和时间剖面图特征,从而得到了北京地区有雾生成时的天气背景特征;辐射雾与平流雾的能见度变化区别,雾生成时、持续阶段及雾消散前温度场、湿度场的变化特征;逆温层在辐射雾和平流雾中的形成原因和作用都不同;比湿值增大是判断有暖湿平流带来水汽的重要指标;气压变化平稳、缓慢,使强对流没有发生,逆温层不能被冲破,雾能长时间维持。     

三种再分析地表温度资料在青藏高原区域的适用性分析

利用气象台站观测地表温度,比较和分析了ERA-Interim、NCEP/NCAR和NCEP/DOE再分析地表温度资料在青藏高原的适用性.结果表明:三种再分析资料都揭示了青藏高原地表温度的基本特征,并较好地描述了高原地表温度的季节变化和年际变化特征;但三种再分析资料都比观测地表温度明显偏低,且对地表温度的长期变化趋势估计不足.比较而言,ERA-1nterim再分析地表温度产品在青藏高原的适用性最好,与观测地表温度的相关最显著,且能较好地反映高原地表温度的异常变化强度,可作为研究高原地表温度年际变化的代用资料;而NCEP/NCAR和NCEP/DOE 再分析地表温度产品在青藏高原的适用性不佳,其适用时段和适用区域需要进一步考察.     

欧亚大陆冬季地表温度南北反相变化的年代际特征及机理

对欧亚大陆冬季地表温度南北反相的时空分布特征及机理的分析结果表明,欧亚大陆冬季地表温度约以55°N为界存在南北反相变化特征。1961~2015年欧亚大陆冬季地表温度变化具有显著的年际和年代际变化特征;年代际尺度上,北半球行星波"冬三"分布型变化与欧亚大陆地表温度南北反相变化密切联系。冬季欧亚地表温度南北反相变化存在明显的季节内转变。滤除年代际信号和全球变暖趋势后,欧亚大陆冬季地表温度与秋季北极海冰面积之间存在显著相关;北极海冰面积减小是欧亚、尤其中亚地区冬季地表温度降低的主要外强迫因素之一;同期北大西洋"三极子"和欧亚大陆冬季地表温度南北反相变化在年际尺度上存在显著相关。     

激光雷达与微波辐射计联合观测大气边界层高度变化

为了研究苏州地区大气边界层结构的日变化及季节特征,利用2014年1—7月期间大气颗粒物激光雷达对苏州上空大气气溶胶进行了连续观测。选定2014年1月15日、3月16日、5月7日与7月22日全天的消光系数探测数据,通过优化后的梯度法得到了该地区的大气边界层高度,分析了其日变化特征,并分析了边界层高度与地表的温湿变化之间的相关性。结果表明除1月15日外,边界层的变化与地表温度存在明显的正相关,而与地表的相对湿度存在负相关。同时,对站点微波辐射计观测得到的温湿廓线与边界层内消光系数廓线进行了联合研究。研究结果表明,微波辐射计湿度垂直廓线与激光雷达消光系数廓线探测得到的边界层具有良好的一致性。     

藏北高原地表温度对气候变化响应的初步分析

地表温度是地一气相互作用过程中的一个重要参数。利用藏北高原地区那曲高寒气候环境观测研究站地面观测资料,对2001-2012年藏北高原地表温度的年际变化和年内变化规律及其对气候变化的响应特征进行了分析。结果表明,近12年藏北高原地表温度呈缓慢上升趋势,其中冬季上升最快;地气温差在春季最大,且下垫面状况会影响地气温差的大小。地表温度年内变化和日变化特征明显,且气温的变化相对于地表温度存在一定时间的滞后响应。利用气温、风速、土壤湿度分别与地表温度建立关系模型,得出地表温度拟合值与实测值的误差在0~2.0℃之间波动,这表明地表温度对气温、风速、土壤湿度的变化响应明显,其中,对气温变化全年响应明显,冬、春季对风速响应明显,夏季对土壤湿度的响应特征突出。     

HEIFE绿洲区太阳总辐射和地表反射率的分光谱特征

太阳辐射的分光测量在许多研究和应用领域中都具有十分重要的意义．本文利用HEIFE临泽子站进行的太阳总辐射和反射辐射的分光观测资料，研究了黑河绿洲区太阳总辐射和地表反射率的光谱特征．研究结果表明：在太阳总辐射的光谱能量分布中，紫外和可见光部分的比倒偏小，近红外部分则偏太．在其从冬到夏的季节变化中紫外和可见光部分是由小到大，近红外部分剐是由大到小。在其日变化中0．5μm以下波段是中午大早晚小；0．7μm以上波段是中午小，早晚大；0．5-0．7μm波段的日变化不明显。紫外波段的相对日变化幅度最大．地表反射率的光谱特性有明显的季节变化，变化特征与地表植被状况有关．各波段地表反射率的日变化型有一定的季节差异，其中波长小于0．7μm部分较为明显，并与地表植被状况有关．在裸露地表各波段反射率与太阳高度角的关系中，近红外波段随太阳高度角增加而增大，紫外和可见光波段则随太阳高度角增大而减小．全波段反射率随太阳高度角增大而增大主要是近红外波段的贡献．这是裸露地表光谱反射率的重要特征之一。     

生长季植被覆盖变化对局地气象要素的可能影响

植被覆盖变化对地表气象要素存在反馈作用,但在不同时空尺度上反馈关系及其表现强度存在差异。作者利用地面观测资料和归一化植被指数（NDVI）分析了15天尺度上植被覆盖变化对气象要素的影响。结果表明,我国北方农牧交错带生长季植被覆盖变化可能对同期、后期地表气象要素存在一定影响。当植被指数偏高时,地表平均温度、最高温度、最低温度和小雨频次偏低,而平均相对湿度和最小相对湿度偏高,影响持续约为1～2周。地表温度和小雨频次的变化与地表热通量的变化有关,当植被指数偏高时,地表潜热所占比例偏高,而地表感热所占比例偏低,导致地表温度偏低;地表感热偏低伴随偏弱的上升运动,不利于降水,故小雨频次偏低。地表温度偏低引起饱和比湿偏低,加之植被蒸腾量较大引起比湿偏高,故相对湿度偏高。此外,从长期变化来看NDVI与地表温度和小雨频次的相关不明显,故地表温度和小雨频次的长期变化可能更多是受大尺度气候变化的影响。     

反演寿县TMI微波频率的地表比辐射率(英)

利用一个微波辐射传输模式,晴天下的大气探测廓线,地面的部分观测资料以及卫星观测的亮温,计算了淮河流域能量和水循环实验(HUBEX)中,寿县地区的热带降雨观测卫星微波成像仪(TRMM/TMI)微波频率的地表比辐射率。通过比较所计算的微波地表比辐射率随地表状况的改变,发现地表微波比辐射率随地表状况的变化存在敏感性,并且其变化是合理的。本文中,地表肤温设定等于地表空气温度,并且仅计算了寿县的地表比辐射率,在HUBEX区域上的地表比辐射率的计算需要更多的观测资料。     

欧亚大陆夏季地表温度的气候特征及与大气环流的联系

采用1960—2010年NCEP/NCAR逐月再分析资料,利用经验正交函数(EOF)展开方法等,分析了欧亚大陆夏季地表温度变化特征及其与大气环流的关系。结果表明:欧亚大陆夏季地表温度的均方差在高纬度地区大于在低纬度地区。欧亚大陆夏季地表温度最主要的特征是全区一致变化,除了青藏高原东侧为降温趋势外,其他地区为变暖趋势,其中40~65°N增温明显;其次,高纬度地区表现出"-+-"变化特征。西风环流指数的变化与地表温度的增温密切相关,而EU指数与中高纬度地区地表温度异常的分布类型密切相关。根据欧亚大陆夏季地表温度的气候特征和时空变化特征,确定了5个关键区。各关键区指数都有增温趋势,但是变化特征不同。不同关键区指数的异常所对应的环流形势异常均不相同,与不同关键区地表温度密切联系的环流因子也不相同。     

GMS 5反演中国几类典型下垫面晴空地表温度的日变化及季节变化

文中利用单时相双光谱分裂窗算法以GMS 5/VISSR红外资料反演地表温度,揭示了中国几类典型下垫面晴空地表温度的日变化及季节变化特征.塔里木盆地、青藏高原、浑善达克沙地、华北平原北部、华南部分地区因地表反射率、土壤含水量、受太阳辐射影响程度不同等地表温度季节变化差异很大,月平均地表温度日较差一年内基本上呈双峰双谷型.作为比较,东亚部分陆地的地表温度与台湾海峡南部、黄海的海表温度及其日变化、季节变化一并进行了分析.塔里木盆地、浑善达克沙地不仅具有强烈的日变化,而且季节变化也显著.2000年两地月平均地表温度日较差最大值超过30 K,浑善达克沙地的年较差高达58.50 K.青藏高原地表温度季节变化小于东亚部分陆地、塔里木盆地、浑善达克沙地,但该区日变化幅度在所研究几个区中最大,2000年年平均日较差达28.05 K.文中将研究时段扩充到1998～2000年后揭示了连续三年地表温度及其日变化的年际变化特征.所获得这几类地表温度的变化特征与量值对于气候与辐射收支研究以及推测地表状况会有一定参考价值.     

西安咸阳国际机场专用高速公路雾的特征及影响因子

利用西安咸阳国际机场专用高速公路(以下简称西咸机场高速公路)段交通气象站及其10km范围内区(县)气象站的观测资料,以及MICAPS高空和地面资料,研究了西咸机场高速公路雾的变化特征、典型环流形势和气象影响因子。结果表明:雾主要发生在夜间至清晨,能见度越小的雾生成的时间越集中,2月、4月和10—12月出现的雾可持续较长的时间;典型雾日,500hPa陕西关中地区为一致的西北或偏西气流,850hPa陕西关中及其以南地区受弱暖脊控制且处于反气旋环流的底部,西咸机场高速公路及其周边地区近地面层有逆温形成,且风速小,湿度大;有利于雾发生的气象条件包括相对湿度≥80%、地面风速≤3m/s和地表温度与气温之差≥-3℃等,14时相对湿度、14时气温与未来时刻气温的差都与相应时刻能见度密切相关。