基于热带测雨卫星探测的东亚降水云结构特征的研究

利用热带测雨卫星的测雨雷达(TRMMPR)、微波成像仪(TMI)、可见光和红外辐射计(VIRS)、闪电成像仪(LIS)对降水云的综合探测结果,结合全球降水气候计划降水资料(GPCP)和中国气象台站雨量计观测资料,分析了东亚降水分布特点,并比较了TRMMPR与GPCP及地面雨量计观测结果的差异;揭示了中国中东部大陆、东海和南海对流降水和层云降水平均降水廓线的季节变化特征及物理意义,以及TMI高频和低频微波信号对地表降水率变化的响应特点;通过对中尺度强降水系统、锋面气旋降水系统和热对流降水系统的个例分析,探明了降水结构及其与闪电活动的关系、降水云顶部信息与地表雨强之间的关系。     

基于PR和VIRS融合资料的东亚台风和非台风降水结构分析

借助JAXA/EORC热带台风数据集资料,实现了台风区和非台风区的分离,在此基础上,利用热带测雨卫星搭载的测雨雷达和可见光/红外扫描仪的融合观测资料,对1998~2007年东亚雨季台风及非台风降水的气候特征和降水云红外信号特征进行了分析。结果表明:1)东亚台风降水强度谱较非台风降水谱更宽,特别是对流降水主要分布在5~20 mm/h之间;强降水更多,主要分布在东亚洋面。2)雨季东亚降水的主要形式是非台风层云降水,但台风降水对局地降水量的贡献也不容忽视,例如台湾以东附近洋面可达20%。3)台风降水云亮温海陆分布差异显著;其雨顶高度在4~9 km(层云)和4.5~12.5 km(对流)之间均有分布,较非台风降水雨顶高度谱更宽。4)不同等级的台风在降水强度、覆盖区域和云顶10.8μm亮温分布上差异大。     

TRMM卫星对一次冰雹降水过程的观测分析研究

利用TRMM卫星上时空匹配较好的测雨雷达(PR)、微波成像仪(TMI)、可见光和红外扫描仪(VIRS)观测资料,研究了1999年5月9日发生在黄淮地区的一次冰雹降水过程。根据卫星接连3个轨道的观测,综合分析了此次强对流降水过程在不同阶段的降水结构、云顶亮温和降雨厚度以及相应的微波亮温变化特征。观测分析表明,此次降水过程由对流很强的冰雹降水逐渐演变到对流渐弱的暴雨降水。冰雹降水阶段,云中有多个强对流单体,云体中高层有大量的固态降水粒子,使得中高层降水量在降水柱含量中贡献远大于融化层降水量的贡献;暴雨降水阶段,若干对流单体被大面积的层云降水包围,降水高度逐渐降低,云体中高层降水量明显减少,融化层降水量对柱含量的贡献明显增加。降水率廓线中不同高度的降水量对降水柱含量贡献的比较表明:中高层降水量占的比例越大,降雨云对流越强,反之,融化层降水量占的比例越大,降雨云越趋向为稳定的层云。微波亮温信号在不同降雨阶段随雨强的响应程度大不相同,这表明在反演地面降雨时,最好结合降雨云的结构特征及其发展阶段,针对不同降雨类型选取最为有效的微波通道组合来建立最佳反演模式。     

基于TRMM PR和VIRS探测的青藏高原夏季横切变线云降水个例分析

利用热带测雨卫星(TRMM)搭载的测雨雷达(PR)和可见光/红外扫描仪(VIRS)探测结果的融合数据,结合ECMWF再分析资料,分析了1998年6月22日(轨道号:03257)和2011年7月3日(轨道号:77642)两个夏季青藏高原横切变线个例的云降水特征。结果表明,高原横切变线降水回波顶高度多分布于4～10 km,局部可达12 km,其降水强度85%以上为0. 5～2. 5 mm·h-1,仅局部达20 mm·h-1以上。云粒子尺度(云粒子有效半径)分布较为均匀,多数尺度分布在10～30μm之间,尺度峰值均为16μm,局部尺度可达30μm以上,液态水路径的峰值均在1. 50 kg·m-2左右。降水回波顶高度最高可达17 km,近地面降水回波强度最大可达50 d BZ,降水回波主要出现在6～10 km高度,其强度大体在17～25 d BZ。横切变线降水中浅薄降水、深厚弱对流降水、深厚强对流降水的垂直结构差异明显,并相应产生不同的近地面降水强度。     

用TRMM资料研究江淮、华南降水的微波特性

热带测雨卫星TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) 于1997年11月发射成功, 其首次携带了空载雷达, 有关资料已在网上对公众发布。利用热带测雨卫星上的微波成像仪TMI (TRMM Microw ave Imager) 资料以及其和测雨雷达TRMM/PR (Precipitation Radar) 资料联合反演的地面瞬时降水产品, 采用散射指数 (Is) 法从理论上探讨了我国江淮、华南降水尤其是暴雨的微波特性, 其中I_s表达式通过江淮、华南晴空TMI资料统计回归得到。以联合反演的地面瞬时降水产品为真值, 用面积相当法对14个降水个例求I_s降水阈值, 研究了阈值和降水面积以及85.5 GHz垂直通道最低亮温的关系, 并寻求了I_s和降水的相关特征。研究表明:I_s降水阈值随降水面积的增大或85.5 GHz垂直通道最低亮温的降低有增高的趋势; I_s与强对流性降水瞬时雨强对应很好, I_s≥60 K是一个好的暴雨指标。最后进行了初步的雨强反演试验研究, 由于TMI资料分辨率的提高以及时空配合较好的真值, 反演的地面瞬时降水与真值相关效果大大提高。     

卫星遥感反演降水研究进展简述

高质量的降水数据是开展天气、气候、水文、生态等研究的重要基础.由于传统地面雨量计站观测和地基雷达观测受站点数量和地形条件的限制,很难实现大范围降水的均匀观测,而卫星反演降水能有效弥补传统观测站网的缺点.根据卫星反演降水的原理,简要概述了可见光、红外、微波、多种传感器组合的卫星降水反演算法、总结了5种不同卫星数据反演产品...     

FY-2C/D卫星微物理特性参数产品在地面降水分析中的应用

针对2007年7月14日和2008年8月16日发生在江淮地区的两次强降水天气过程,将FY-2C静止卫星的红外、近红外和可见光通道等多光谱数据反演得到的云液水路径产品与同时段地面观测的加密雨量资料进行对比,发现:云液水路径的大值区与强降水中心的位置基本一致,云液水路径的大小与地面雨量的大小呈现正相关关系.结果显示,卫星反演的云特征参数产品在地面降水分析方面具有可用性.     

基于TRMM的热带气旋降水云系多谱段辐射特征分析

利用TRMM卫星测雨雷达、微波成像仪和可见光/红外扫描仪的探测资料,以2006年第8号台风"桑美"为例,研究了热带气旋在海面上强烈发展时期的降水云系多谱段辐射特征,研究结果表明:可见光资料反映了云的厚度信息,红外(亮温)资料反映云顶高度信息,可以较好地反映台风云系所表现台风的外观,但对台风云系覆盖下的细节特征的探测能力则有限.微波有很强的穿透性,能揭示台风云系中各种粒子的三维分布特征.微波通道亮温与PR降水的相关远大于可见光和红外遥感的效果.不论是可见光、红外还是微波亮温,与高层降水的相关系数绝对值总大于其与低层降水的相关系数.可见光和近红外波段的辐射率与降水正相关,相关系数随频率减小而减小;中红外和两个红外分裂窗区的亮温与降水呈负相关,相关系数的绝对值随频率减小略有增大.TMI低频通道的亮温与降水正相关,相关程度随频率减小略有减小;TMI高频通道的亮温与降水负相关,相关系数的绝对值随频率减小而减小.     

西太平洋副热带高压下热对流降水结构特征的个例分析

利用热带测雨卫星的测雨雷达和红外辐射计的探测结果,对2003年8月2日15时(北京时)中国东南部副热带高压下发生的热对流降水结构特征、云和降水云之间的关系进行了分析研究。大气背景分析表明,500 hPa副热带高压中心附近的较强上升运动和850 hPa的水汽通量辐合为此次午后热对流降水云团的发生提供了动力和水汽条件。热带测雨卫星的测雨雷达探测结果表明,热对流降水云团的水平尺度多为30~40 km,平均垂直尺度均超过10 km,最高达17.5 km;云团的最大近地面雨强超过50 mm/h。热对流降水云团的平均降水廓线表明,其最大降水率出现在5 km的高度,这一高度比估计的环境大气0℃层高度低1 km。与“98.7.20”中尺度强降水的对流降水廓线比较表明,两者的最大降水率高度相同,但热对流降水云团更深厚;在4 km高度至近地面,热对流的降水率减少速度比“98.7.20”强对流降水的快,表明前者雨滴在下降过程中因气温高而发生强烈蒸发。对降水云团顶部特征与近地面雨强关系的分析结果表明,雨顶高较低时,云顶高度变化范围大;当雨顶越高时,云顶高度与雨顶高度越相近;平均而言,给定地面降水率,云顶高度比雨顶高度高出1~4 km;当近地面雨强越大,则云顶高度和雨顶高度越高、且越相近。结果还表明,非降水云面积约占86%,晴空面积仅占2%,而降雨云面积约为云面积的1/8。     

FY 2F卫星和毫米波云雷达云高观测的个例对比分析

风云二号静止卫星上装载有可见光、水汽、中长波红外等探测通道,其中红外通道资料可提供卫星云顶温度数据。基于FY-2F静止卫星云顶温度资料,结合局地实时探空数据对北京南郊和朝阳站点上空云层进行云高反演,并展开与地基毫米波云雷达探测云顶高关系的对比,分析3种不同云厚(薄云、适中、厚云)条件下的云高观测结果。研究结果表明,二者云顶高匹配度受几何云厚的影响,其吻合度呈现出厚云最佳,薄云最差的特征。     

雷暴云团自动识别和边界相关追踪技术研究

基于高时空分辨率雷达资料的雷暴云团识别、追踪及预警技术是目前最重要的临近预报预警技术之一.该文描述的雷暴云团边界相关追踪技术是一种新研究的方法,该方法是利用模式识别技术进行云团边界识别、拓扑处理,建立云团生命时序与族谱关系,并在此基础上进行雷暴云团外推的一种短时临近预报方法.该方法有三个主要技术环节:(1)对已预处理的雷达数据进行边界识别;(2)利用四分树匹配分析因子、重叠因子、面积因子、外接矩形因子、轮廓综合因子、局部相似判定因子等六个判断因子,分别识别出每个云团的时间序列,以及每个云团的运动方向、速度、面积、强中心,以及所处的状态(增强或减弱、膨胀或缩小)等信息;(3)对云团的移动方向、速度、面积、强度进行线性外推.初步结果显示该方法可较好地识别和外推预报雷暴云团.在此基础上建立的雷暴自动识别和追踪系统(简称"追踪者",TRACER),可以基于地图系统选取指定云团,获得云团空间位置信息、发展轨迹、演变特征和未来预测,也可对云团预报结果进行定量分析和验证.     

On the problem of the Neva river flood waves identification

Based on the analysis of the measurements of hydrometeorological characteristics, the identification is corroborated of the Neva River flood waves as the baroclinic topographic waves. It is demonstrated that during the formation and maximum development of the most significant sea level rises in the Neva Bay, the stratification in the Gulf of Finland still remains pronounced despite the storm conditions. The baroclinic nature of the flood wave is indicated by the significant changes in the dispersion of currents with depth with their direction changing to the reverse one as it occurs in the first baroclinic mode wave. Directions of major axes of the standard deviation ellipses are oriented not along the isobaths as it should be in case of long gravity waves (being the longitudinal ones) but are extended across the bottom topography contours that is typical of gradient-vorticity waves assigned to the class of horizontal transverse waves.     

Inverse Modelling for Identification of Multiple-Point Releases from Atmospheric Concentration Measurements

An inverse modelling methodology is proposed for the identification of multiple-point sources releasing similar tracer, in which influences from the various emissions are merged in each detector’s measurement. The identification is addressed from a limited merged set of atmospheric concentration measurements. The methodology is blended with the natural information provided by the geometry of the monitoring network in terms of the weight functions that interpret the associated visibility/illumination of the monitoring network. The release parameters, locations and intensities of the multiple-point sources are estimated by minimizing the objective function within the least squares framework. The methodology has been successfully applied to identify the two- and three- point simultaneous emissions from synthetic measurements generated by the model without noise or with controlled noise artificially added, and from pseudo-real measurements generated from the Indian Institute of Technology low wind diffusion experiment by combining several of single-point release runs. With the synthetic measurements, all the release parameters are retrieved exactly as those prescribed in all the runs. With the pseudo-real measurements, the release locations are retrieved with an average error of 13 m and intensities are estimated on an average within a factor of 1.5. In a sensitivity analysis, it is shown that the incurred errors in the retrieval of the two- and three-point sources with the pseudo-real data correspond to the 10–30 % Gaussian distributed random noise in the observations. Theoretical and computational comparisons are given between the weighted and non-weighted classical formulations. In addition, an alternative strategy is proposed in order to reduce the computational time required in the source estimation.     

A new method for multi-point pollution source identification

对于污染源源项特征(数量,位置及排放强度)的快速且精确估计是污染事件应急响应的关键.与单点源估计相比,多点源的重建更具挑战性.本文提出了一种新的针对于多点源污染事件的两步反演算法,该算法通过结合大气化学模式与有限的浓度观测数据以实现对于未知数量的多点源的准确估计.在其计算过程中,无需任何未知量的先验信息,且可以自动识别污染源的数量,并确定每一个污染源的位置及强度.本文通过使用若干组理想试验验证了算法的适用性,试验结果表明,该算法可准确估计单点源,两点源和三点源的个数及位置,强度的估计误差可基本忽略.且该算法的估计精度和计算效率不会随着点源个数的增加而减弱.     

环氧乙烷储运系统环境风险预测与预防措施

以某化工厂环氧乙烷储运系统发生环境风险事故为例,通过风险识别和源项分析,利用有关技术导则中推荐的模式对发生环境风险事故的后果进行预测,得出环氧乙烷储运系统发生泄漏或爆炸时可能造成轻伤、重伤及死亡影响范围的预测结果;同时从风险防范措施和应急预案两方面对环氧乙烷储运系统提出了防范措施,主要包括环氧乙烷的应急处理措施、围堰及事故池的设置、其他风险防范措施要求、运输风险防范措施和环境风险事故应急预案。通过采取以上防范措施,不仅可以最大程度地降低环氧乙烷储运系统环境风险事故发生的概率,而且可以将环境风险事故发生后对环境可能造成的不良影响降至最低。     

Analysis of Mesoscale Patterns in Relation to Synoptic Conditionsover an Urban Mediterranean Basin

Summary In this study day by day synoptic conditions are classified over the Attica peninsula for a period of sixteen years. Eight synoptic categories which are demonstrated to be statistically distinct are selected with respect to the atmospheric circulation in the lower troposphere. Furthermore, a methodology is proposed to classify the mesoscale patterns for the same period on the basis of surface wind measurements, and this distinguishes eleven distinct mesoscale categories. In general, the frequency analysis reveals that the anticyclonic circulation dominates while the weak mesoscale flows prevail, with preference in May and June. A day by day cross tabulation of the synoptic flow patterns with the mesoscale categories is then performed in order to identify the association of the synoptic conditions with the mesoscale flow regime. It was found that the synoptic conditions at the level of 850 hPa are closely related to the observed surface local flows and therefore it is suggested that the synoptic categories can be used for the identification of the most favourable mesoscale atmospheric circulation. Received February 28, 1997 Revised May 22, 1997     

基于S波段双线偏振天气雷达的降水粒子相态识别

为提高S波段双线偏振天气雷达的降水粒子识别能力,在常规模糊逻辑法相态识别算法的基础上,引入环境温度参量作为识别因子对算法进行了改进。选取雷达水平反射率因子Z_H、差分反射率因子Z_dr、差分传播相位常数K_dp、零阶相关系数ρ_hv（0）、以及利用经验公式,将与粒子相态密切相关的温度转化而来的高度作为算法的5个输入参量,确立β函数作为隶属函数,并给出了各个参量的隶属函数阈值。在此基础上,利用国内首部S波段双偏振天气雷达资料和探空温度资料,对云中粒子相态进行了识别研究。结果表明：引入环境温度参量可使粒子识别算法的识别结果更加合理;选取的模糊函数参数阈值较为合理,降水粒子识别结果符合云微物理演变的基本规律,可以作为进一步研究的参考;提高粒子相态识别结果的准确性,还依赖于雷达和粒子实测数据的积累,从而验证识别结果、选取合适的雷达参量、修正隶属函数参数。     

Violins and climate

Summary This paper explores the possibility of using ring-width measurements derived from string instruments as a potential source of palaeoclimate information. From a data-base of 1800 measured series, we have identified two sub-sets that compare well with living high elevation spruce (Picea abies (L.) Karst) chronologies from the Bavarian Forest and Austrian Alps. The problems of using historical tree-ring data for dendroclimatic purposes are addressed and by combining the living and historic ring-width data from these two regions, a preliminary proxy of past June/July mean temperatures is developed. This proxy summer temperature record shows striking similarities with a tree-ring based temperature reconstruction for the Central Eastern Alps, the CLIMHIST June/July temperature record from Switzerland and glacial records from the Austrian Alps. This explorative study demonstrates that ring-width series from string instruments may allow the identification of generalised source regions of wood used for instrument making and, most importantly, provide a new unique source for palaeoclimate information at a variety of both temporal and spatial scales for high elevations in central Europe.     

Hybrid Method to Identify Second-trip Echoes Using Phase Modulation and Polarimetric Technology

For pulse Doppler radars,the widely used method for identifying second-trip echoes(STs)in the signal processing level yields significant misidentification in regions of high turbulence and severe wind shear.In the data processing level,although the novel algorithm for ST identification does not yield significant misidentification in specific regions,its overall identification performance is not ideal.Therefore,this paper proposes a hybrid method for the identification of STs using phase modulation(signal processing)and polarimetric technology(data processing).Through this approach,most of the STs are removed,whereas most of the first-trip echoes(FTs)remain untouched.Compared with the existing method using a signal quality index filter with an optimized threshold,the hybrid method exhibits superior performance(Heidke skill scores of 0.98 versus 0.88)on independent test datasets,especially in high-turbulence and severe-wind-shear regions,for which misidentification is significantly reduced.     

双线偏振多普勒天气雷达识别冰雹区方法研究

利用美国KOUN雷达的一次强对流天气过程的观测资料，讨论分析了利用双线偏振雷达观测资料识别冰雹区的方法，在此基础上建立了利用模糊逻辑法识别冰雹的识别模式，并对其得到的结果进行分析和讨论，为国内未来的双线偏振雷达业务运行提供参考和帮助。分析结果表明；基于模糊逻辑法利用双线偏振雷达观测资料建立的识别模式，不仅可以反映出实际的冰雹区位置，而且还可以对其分类。其识别的结果比较符合实际的天气过程。