青藏高原地区MODIS反照率的精度分析

应用2002-2004年青藏高原CAMP／Tibet试验期间4个地面站点的反照率观测结果定量分析Te丌aMODISlkm分辨率短波SW波段（0．3—5．0μm）反照率全反演结果和当量反演结果的精度。对于全反演结果,黑空反照率、白空反照率与地面观测结果的均方根差分别为0．0187和0．0168;对于当量反演结果,黑空反照率、白空反照率与地面观测结果的均方根差分别为0．0766和0．0761。综合全反演结果和当量反演结果,则黑空反照率、白空反照率与地面观测结果的均方根差分别为0．0679和0．0675。当地面观测结果与MODIS反照率当量反演结果均为“无雪”状态时,黑空反照率、白空反照率与地面观测结果的均方根差分别为0．0352和0．0364;当地面观测结果为“积雪”状态,MODIS反照率当量反演结果为“无雪”状态时,黑空反照率、白空反照率与地面观测结果的均方根差分别高达0．1556和0．1541。     

气象卫星遥感西北太平洋海温的研究

在提取ＧＭＳ－４红外通道晴空亮温的基础上，用３种方法对１９９３年８月西北太平洋海温进行了反演试验。误差放大的内在特性使得单通道物理法误差显著，所以，建立了一个单通道统计方法，精度（１．１８℃）上优于同类方法；还将ＴＯＶＳ资料与ＧＭＳ资料结合起来，建立海温多通道统计反演方法，精度（１．０６℃）达到了当代同类方法的精度（０．５—１．３６℃）。两种统计方法得到了与实况相近的海温反演分布     

定量计算渤海海冰参数的遥感方法

利用NOAA及FY-1卫星监测渤海海冰的亮度温度、反照率及其与海水的差异建立了冰、水识别判据,并根据海冰反照率与冰厚的关系,对海冰进行分类。在解决了混合象元内含冰信息提取的基础上,计算了海冰覆盖度和面积等参数。     

从NOAA卫星AVHRR资料反演中国区域地表反照率

由NOAA卫星AVHRR短波通道1、2反射率反演地表反照率需要3个反演模式,分别是窄-宽波段反射率转换模式、大气顶双向反射模式、大气订正模式.基于模式和国家卫星气象中心接收处理的NOAA-18 AVHRR1B数据,处理了2006年1月至2010年12月的中国区域地表反照率,由于云的影响,15天合成技术用来形成周期为15天的地表反照率数据文件.2006年、2010年2年的处理结果与MODIS同类产品对比,RMS为0.028～0.074、相关系数为0.76～0.93,误差较大出现在冬季,原因是两者15天合成方法不同;5年的日平均地表反照率与21个中国地面气象一级辐射站的观测测值作对比,结果是：RMS为0.053、相关系数为0.88.反演模式系统误差以及云和气溶胶影响是卫星反演地表反照率的主要误差来源.     

基于MODIS云产品的AIRS云相态的识别和云量产品的检验

选用中国中东部(95～130 °E, 20～60 °N)午后同一时刻相对应的AIRS与MODIS各15景样本数据,将MODIS在红外波段上四种基于亮温的云识别算法对AIRS晴空像元和云像元中不同的云相态进行区分,分别统计出AIRS不同类型像元中这四种云识别算法的亮温差异,根据AIRS在晴空、水云和冰云三种不同相态下亮温的差异,确定出其阈值,实现AIRS晴空和云相态识别。在此基础上,对AIRS不同云相态下反演的有效云量进行检验和改进。结果表明:运用亮温阈值法对AIRS进行云相态识别能够较好地反映AIRS的晴空和云相态特征,云相态分布与MODIS云相态产品对应效果较好,特别在云边缘区域。对AIRS不同云相态下反演的有效云量进行对比和误差分析后发现:当水云有效云量较高、冰云有效云量较低时,AIRS反演的有效云量误差较大。在误差分析的基础上,提出了AIRS有效云量的偏差订正算法,对AIRS反演的有效云量具有一定改进,为AIRS云产品的应用提供参考依据。      

中国地区MODIS反照率两种反演结果的比较

以2002-2004年中国地区Terra MODIS数据开展对照反演试验,获得大范围具有相同时空代表性的反照率全反演结果和当量反演结果,统计分析MODIS反照率两种反演结果的差异,结果表明:在MODIS 1-7波段及可见光、近红外和短波波段,黑空反照率、白空反照率的当量反演结果与全反演结果的绝对偏差均小于0.05,且黑空反照率两种反演结果的绝对偏差明显小于白空反照率两种反演结果的绝对偏差;MODIS反照率两种反演结果在红外波段的绝对偏差大于其在可见光波段的绝对偏差;夏季MODIS反照率两种反演结果的绝对偏差最大,秋季则最小.     

地表反照率研究进展

地表反照率是陆面过程模式及气候模拟研究中的一个重要参数,地表反照率的变化会改变整个地气系统的能量收支平衡,并引起局地以至全球的气候变化。不同下垫面地表反照率存在明显的差异,中国区域地表反照率的空间分布也存在明显的区域差异。遥感反演地表反照率在空间上具有较高的精度,但反演结果很难直接应用于陆面过程模式。各种陆面模式对地表反照率计算主要基于陆面土地覆盖分类,包含了许多先验的预定参数,由于某些过程处理中的简化假设,从而对地表反照率的计算带来一定的误差。      

GMS-5卫星资料和常规地面资料反演大气可降水量

探讨用GMS-5卫星资料结合常规地面资料反演大气可降水量的可行性，建立由3个通道亮温和地面水汽压反演可降水量的经验公式，并分季节进行回归统计，得到不同季节的统计参数。用990组数据对所得到的经验公式进行检验，得探空测值与反演值比较的平均绝对误差为0．1903g／cm^2，均方根误差为0．2758g／cm^2，相关系数为0．97，具有较高的反演精度。     

地基遥感大气水汽总量和云液态水总量的研究

介绍了地基微波辐射计遥感反演大气柱中的水汽总量和云液态水总量的辐射传输原理和反演方法。给出了实用的有气候代表性的北京地区4个季节的反演公式，并对反演公式进行了数值检验，分析了反演精度：春、夏、秋、冬4季水汽总量反演的相对标准偏差分别为3．1％、1．6％、2．2％和2．4％。用反演公式反演在香河探测的NASA微波辐射计资料发现：微波辐射计反演的水汽总量平均比探空测量值偏大O．21cm，二者的线性相关系数为0．988．均方根误差为0．16cm：云液态水总量除降水云天外．值均在0．1mm以下。     

七通道微波辐射计遥感大气温度廓线的性能分析

文中首先分析了大气参数分布的垂直分辨率对模拟七通道微波温度探测器各通道亮温的影响,通过对比计算表明,大气参数的垂直分辨率对微波测温通道亮温计算的影响为0．2K～0．7K;随后分析了各通道亮温测量误差对温度廓线反演性能的影响,当测量误差在0．2K～2．0K范围内变化时,反演结果的总体均方根误差为2．1K～3．1K;同时还分析了单通道缺损、单通道发生漂移及所有通道发生漂移等情况对温度廓线反演性能的影响。当仪器缺损一个通道时,对所缺通道权重函数峰值附近高度上的大气温度反演有不同程度的影响,对其他高度上的大气温度反演的影响可忽略;单通道漂移0．5K时,对反演结果的影响较小;各通道整体漂移达到1．0K时,对温度廓线反演有明显影响;最后,考虑了云雾对微波测温通道亮温的影响,数值计算表明,雾层、浓霾和卷云对各通道亮温几乎没有影响,层云和积云对50．50GHz通道亮温有明显的影响。     

STUDY ON SEA ICE WITH GMS REAL-TIME DATA

By use of GMS-4 infrared brightness temperature and visible albedo data from January toFebruary in 1995,the method for extracting of sea ice parameters is developed.The digital remotesensing picture is obtained on Liaodong Bay.Based on the difference in physical properties betweenice and water,a criterion distinguishing ice from water is set up.Ice thickness has been calculatedaccording to the relationship between ice thickness and brightness as well as albedo.Iceconcentration is retrieved due to the difference on albedo between ice and water.The resultsindicate that the accuracy of ice-water distinguishing is 84.8%,the errors of ice thickness and iceconcentration are 3.8 cm and 22%,respectively.     

STUDY ON SEA ICE WITH GMS REAL-TIME DATA*

By use of GMS-4 infrared brightness temperature and visible albedo data from January to February in 1995,the method for extracting of sea ice parameters is developed.The digital remote sensing picture is obtained on Liaodong Bay.Based on the difference in physical properties between ice and water,a criterion distinguishing ice from water is set up.Ice thickness has been calculated according to the relationship between ice thickness and brightness as well as albedo.Ice concentration is retrieved due to the difference on albedo between ice and water.The results indicate that the accuracy of ice-water distinguishing is 84.8%,the errors of ice thickness and ice concentration are 3.8 cm and 22%,respectively.     

风云二号卫星的冰云光学厚度反演偏差分析

冰云的微物理特性参数反演是云参数反演的难点和热点问题,目前风云二号(FY-2)卫星还没有相关的业务产品。考虑薄卷云覆盖在中低云上的两层云情况,采用六棱柱形状的冰云,在云相态识别基础上,利用FY-2 卫星观测数据,采用双通道算法反演冰云光学厚度。选取2013年8月的EOS/Terra和EOS/Aqua云参数产品对反演的FY-2云光学厚度精度进行比对分析。研究结果表明,联合FY-2的可见光通道和中波红外通道可反演冰云光学厚度。基于匹配得到的34个分析个例,FY-2反演的云光学厚度分布态势与EOS/ MODIS云产品相同,但FY-2云光学厚度反演值小于EOS/MODIS 云光学厚度产品值。FY-2 反演云光学厚度与EOS/MODIS云光学厚度产品的平均偏差为6.41,相关系数平均为0.92,线性拟合平均斜率为0.74。FY-2 与EOS/MODIS云光学厚度值偏差出现原因除了反演算法存在差异外,与反演所用数据的不同存在密切关系,基础观测数据越相近,FY-2 与EOS/MODIS云光学厚度反演结果的偏差越小。     

冻滴微物理过程的分档数值模拟试验研究

霰和冻滴是深对流降水的主要来源。由于二者密度差异造成的不同下落末速度必然会导致云微物理过程的变化以及降水时空分布的改变。我们在以色列特拉维夫大学二维轴对称对流云全分档模式的基础上,将水成物粒子从34档增加到40档,修改了霰和雪的密度,加入冻滴分档处理的微物理过程,发展了一个包括液滴、冰晶、雪、霰和冻滴更为详细的云微物理分档模式。利用改进后的模式模拟了一次理想的强对流天气过程,分析了改进模式与原模式模拟的云微物理量场以及水成物粒子的时空分布特征,模拟结果表明:（1）由于冻滴的产生,较大的下落末速度导致在云内-3℃至-8℃较早地出现了冻滴,并造成了大量的冰晶繁生。（2）冻滴形成前期,液态水中心区域位于垂直上升速度大值中心上方,形成液态水累积区;冻滴形成期,液态水累积区位于0℃层以上,雨滴冻结生成冻滴,霰与半径大于100 μm的液滴碰并生成冻滴;冻滴增长期,在垂直上升气流的支撑下,冻滴碰并过冷水增长,导致冻滴含量增大,液态水含量减小。因此,改进模式能较好的模拟冻滴的形成过程,可以将该分档处理的微物理方案耦合到三维WRF（Weather Research and Forecasting model）模式中,更深入地研究强雷暴风切变在冰雹生成过程中的作用。     

Long-term ice sheet–climate interactions under anthropogenic greenhouse forcing simulated with a complex Earth System Model

Several multi-century and multi-millennia simulations have been performed with a complex Earth System Model (ESM) for different anthropogenic climate change scenarios in order to study the long-term evolution of sea level and the impact of ice sheet changes on the climate system. The core of the ESM is a coupled coarse-resolution Atmosphere–Ocean General Circulation Model (AOGCM). Ocean biogeochemistry, land vegetation and ice sheets are included as components of the ESM. The Greenland Ice Sheet (GrIS) decays in all simulations, while the Antarctic ice sheet contributes negatively to sea level rise, due to enhanced storage of water caused by larger snowfall rates. Freshwater flux increases from Greenland are one order of magnitude smaller than total freshwater flux increases into the North Atlantic basin (the sum of the contribution from changes in precipitation, evaporation, run-off and Greenland meltwater) and do not play an important role in changes in the strength of the North Atlantic Meridional Overturning Circulation (NAMOC). The regional climate change associated with weakening/collapse of the NAMOC drastically reduces the decay rate of the GrIS. The dynamical changes due to GrIS topography modification driven by mass balance changes act first as a negative feedback for the decay of the ice sheet, but accelerate the decay at a later stage. The increase of surface temperature due to reduced topographic heights causes a strong acceleration of the decay of the ice sheet in the long term. Other feedbacks between ice sheet and atmosphere are not important for the mass balance of the GrIS until it is reduced to 3/4 of the original size. From then, the reduction in the albedo of Greenland strongly accelerates the decay of the ice sheet.     

针对冰盖的定向地球工程研究

针对冰盖的定向地球工程研究旨在增强冰盖稳定性和减缓冰盖物质流失,从源头上减少冰盖对海平面上升的贡献,有望为应对气候变化和保护海岸线争取几百年的时间。冰盖地球工程主要作用在冰底和冰架-海洋界面上,主要途径如下：(1)排干或冻结冰盖底部水来干燥冰床,增强冰盖底部摩擦力;(2)在海洋中建造人造岛来支撑漂浮的冰架;(3)在冰架前端建造水下隔离墙,阻止温暖的海水到达冰川底部以减缓其融化。冰盖地球工程包括数值模拟、方案设计、工程试验和政治法律等诸多方面的研究。国际上的研究团队正在开展数值模拟和方案设计方面的研究,工程试验和政治法律等方面的研究尚未起步。预计工程试验的难度阶梯很可能是从实验室试验开始,到小尺度的野外试验,接着到格陵兰冰盖的入海冰川,最后到南极冰盖的入海冰川。针对冰盖的定向地球工程研究很有可能成为21世纪全球变化领域新兴的研究方向。     

不同形状冰晶权重假定对冰云光学和辐射特性的影响

在BCC_RAD辐射传输模式和包含多形状冰晶粒子的冰云光学性质参数化方案的基础上,详细分析了不同冰晶粒子权重选取对冰云光学和辐射特性的影响。结果显示,不同形状冰晶粒子权重的选取对长波带平均消光系数、单次散射比、不对称因子和短波带平均不对称因子均有较大的影响。冰晶粒子权重选取对长波辐射通量有很大影响:对长波向下辐射通量,权重选择不同可在云底处造成高达10.50 W/m2的差别;对长波向上辐射通量,权重选择不同可在云顶处造成高达15.05 W/m2的差别。冰晶粒子权重选择对短波辐射通量也存在较大影响:对短波向下辐射通量,权重选择不同可在云底处造成高达12.48 W/m2的差别;对短波向上辐射通量,权重选择不同可在云顶处造成高达10.23 W/m2的差别。冰晶粒子权重选择对长波加热率影响较大,在云顶处和云底处分别可达1.31和-2.06 K/d。研究表明,不同形状冰晶粒子权重的选取对冰云光学性质和辐射计算均有较大的影响,在长波区间尤其明显。      

20世纪90年代以来北极海冰减少的热动力分析——基于PIOMAS模式结果

本文利用美国华盛顿大学的PIOMAS海冰模式输出结果,分析了20世纪90年代以来北极海冰减少的动力和热力过程的特征,并探讨了海冰减少与北极大气环流模态之间的关系。结果表明:（1）通过弗拉姆海峡输出的多年冰的厚度自1995年以来有显著减少;（2）海冰的热力过程在20世纪90年代以后特别是21世纪以来是海冰减少的主导因素;（3）大气模态中的北极涛动（AO）和北极偶极子（AD）均对北极海冰的动力输出有影响,各自与海冰输出量的相关关系显著,并且AO和AD的多元线性回归能很好的拟合出海冰输出量的减少。     

1961-2010年浙江省冰冻灾害时空特征及其与气象条件的关系

利用1961-2010年浙江省68个站冰冻灾害资料及气温、风速和相对湿度等观测资料,采用线性趋势分析、小波分析和相关分析等方法,统计分析1961-2010年浙江省冰冻灾害时空分布特征,在此基础上分析易引起浙江省冰冻灾害发生的气象条件。结果表明：在时间变化上,1961-2010年浙江省年平均冰冻日数呈显著减少趋势,并在20世纪80年代末发生突变减少;浙江省冰冻灾害主要发生在12月至次年2月,其中1月发生最多。在空间分布上,浙江省冰冻日数由西北向东南递减,且在浙江省中北部地区呈舌状分布;对于同纬度地区,天目山附近和浙江省北部的丘陵一带冰冻日数较多,而金衢盆地的冰冻日数相对较少。冰冻日数与最低气温相关最显著,当最低气温为-2 ℃左右,风速≤4.0 m·s^-1,相对湿度为80%左右时,易引起浙江省冰冻灾害发生。