机载微波辐射计测云中液态水含量(Ⅰ): 仪器和标定

简要介绍为研制机载对空测云微波辐射计所做的预研究，结果确认了研制这样的单频机载微波辐射计的可行性，并明确了仪器的技术难点，给出了针对技术难点提出的设计方案和技术指标。本文还介绍了对仪器进行灵敏度测试的实验方法和结果。实验室测试和晴空飞行测试表明，在一定的条件下，仪器灵敏度指标达到0．2K；还较详细地介绍了几种实用的标定方法，并讨论了它们的适用范围和不确定性。     

微波辐射率仪和地物微波辐射率

根据微波辐射传输的特性,研制了微波辐射率仪,它可以隔离外界的干扰,用以研究不同因子对于地物微波辐射率的作用。微波辐射率仪由微波辐射计、辐射室和样品箱三部分组成。本文介绍了它的测量原理;在实验中对于微波辐射率仪的可靠性、稳定性及其精度进行了检验,结果证明其性能是好的,可在地物微波辐射率测量中使用。在实验中,进行了8.5mm和3.2cm波段地物(水、土壤)微波辐射率的测量,并分析其结果。     

微波遥感大气温度层结的原理和试验

一、引言 利用5毫米微波段大气辐射的地面遥感,反演大气温度压力层结。本文将讨论它的原理、仪器和试验结果。这项工作最初在北京大学进行原理性的探索。随后分别与上海气象仪器厂和北京768厂合作研制成A型微波辐射计及B型微波辐射计两种试验样机,并对两种试验样机作了野外考察试验。从观测结果上看,可以用它遥感十公里以下大气温度层结,低空逆温能够明显地反应,高空逆温反演误差较大。5公里以下均方根误差在2—3°K以内,5公里以上误差还要大些。     

星载降水雷达机载校飞试验：地基多通道微波辐射计估算雷达路径积分衰减

介绍了在雷达观测降水试验中如何配合利用地基微波辐射计估算雷达路径积分衰减(PIA)的一种方法.所用的GPS高空探空资料和地基多通道微波辐射计的观测资料,均为中国首次星载降水雷达机载校飞试验中获得的数据.由于常规探空资料中没有云水含量的直接信息,因此,通过绝热液态水含量分析方法,从GPS探空数据中计算得到这些云参数值.用MWMOD进行亮温模拟并计算液态水含量.在晴空条件下,用该模式模拟了地基多通道微波辐射计12个通道的下行辐射亮温.通过设置相对湿度阈值,利用MWMOD模式自带的绝热液态水含量分析方法,从探空廓线中分析出液态水廓线,进而模拟出有云情况下的下行辐射亮温.辐射传输模式的模拟亮温和地基多通道微波辐射计观测亮温的对比表明,进行云分析之后的模拟亮温值更接近于实测值.由此,利用由辐射传输模式和地基微波辐射计,从探空廓线中分析出液态水廓线,计算出有云情况下的大气整层透过率,进而得到路径积分衰减,为降水雷达衰减订正提供一种有效手段.     

FY-3A/MWHS冷空测值受月球影响分析及修正

为解决月球对风云三号卫星微波湿度计在轨实时辐射定标的影响问题,该文根据风云三号卫星微波湿度计在轨实时观测数据分析,通过多项式拟合分析技术,建立修正模型,消除月球影响,得到合理的辐射定标结果。风云三号卫星微波湿度计在轨实测数据分析表明:月球对风云三号卫星微波湿度计在轨辐射定标结果影响最严重时一天内可干扰4~5条轨道,每条轨道有近100个扫描周期受到污染。月球影响致使冷空定标观测数据跳升1000个计数值,如果不进行污染滤除会造成对地观测亮温下降约20 K,导致辐射资料无法同化进入数值天气预报模式。通过与同类载荷的交叉比对分析,修正月球影响后,风云三号卫星微波湿度计在轨实时辐射定标结果精度与在轨测试结果相当。     

MP-3000A型地基微波辐射计在乌鲁木齐探空站的辅助性探测研究

将乌鲁木齐探空站400Mhz电子探空数据与MP-3000A型地基微波辐射计探测数据进行比较,主要分析了距地高度在0—10000m的58个高度层的温度、相对湿度误差情况,分析了误差产生的原因,简单介绍了地基微波辐射计物理量垂直廓线图的实际应用情况,认为MP-3000A型地基微波辐射计提供的物理量垂直廓线图在监测和分析天气系统方面有一定的优势;地基微波辐射计的探测准确性远低于传统气球探空,准确性不高是目前的主要问题;地基微波辐射计还需要在实践中不断改进和完善;气象技术人员还需要不断积累地基微波辐射计的应用经验和技巧;地基微波辐射计在气象领域的前景较好。     

MP-3000A型地基微波辐射计在乌鲁木齐探空站的辅助性探测研究

将乌鲁木齐探空站400 MHz电子探空数据与MP-3000A型地基微波辐射计探测数据进行比较,主要分析了距地高度在0～10000 m的58个高度层的温度、相对湿度误差情况,分析了误差产生的因为,简单介绍了地基微波辐射计物理量垂直廓线图的实际应用情况.认为MP-3000A型地基微波辐射计提供的物理量垂直廓线图在监测和分析天气系统方面有一定的优势;地基微波辐射计的探测准确性远低于传统气球探空,准确性不高是目前的主要问题;地基微波辐射计还需要在实践中不断改进和完善;气象技术人员还需要不断积累地基微波辐射计的应用经验和技巧;地基微波辐射计在气象领域的前景较好.     

MP-3000A微波辐射计探测原理及误差分析

MP-3000A微波辐射计是一种新型35通道微波辐射计。相对于探空和GPS水汽探测,它可以连续得到从地面到10km高度上高分辨率的温度、相对湿度和水汽廓线以及较低分辨率的液态水廓线。廓线从0m～10km共58个数据层,利用探测区域的历史探空资料和神经网络算法正向模拟微波辐射量,从而得出温湿廓线。本文介绍了MP-3000A微波辐射计的主要功能、工作原理和误差来源。     

机载微波大气温度探测仪多高度飞行观测试验结果分析

机载微波大气温度探测仪可以机动灵活地获取大气温度廓线信息。针对一次机载微波大气温度探测仪的多高度飞行观测试验,基于逐线积分模式和大气参数廓线库,建立用于不同飞行高度的快速辐射传输模式,分析了仪器观测亮温的质量并对仪器观测进行了订正;建立了基于神经网络的微波大气温度廓线反演算式,分析了不同高度、不同通道选择对于大气温度廓线反演性能的影响。研究结果表明:（1）较低飞行高度计算得到的各地表敏感通道地表比辐射率之间具有较好的一致性;（2）采用订正算式订正后,不同飞行高度的模拟亮温与观测亮温具有较好的一致性;（3）机载微波大气温度反演最优通道组合依赖于平台飞行高度;（4）采用最优的通道组合,4 200 m、3 200 m和2 500 m高度层温度反演均方根误差范围分别为0.5~1.8 K、0.5~1.3 K和0.4~1.0 K。      

地基微波辐射计与GPS无线电探空和GPS/MET的观测对比分析

利用同址GPS无线电探空和GPS气象学(GPS/MET)的观测数据,对微波辐射计反演的气象要素进行了对比分析。与GPS无线电探空结果对比,微波辐射计的温度和水汽密度廓线具有很好的正相关,而微波辐射计相对湿度廓线的正相关系数受到天气的明显影响。微波辐射计和GPS无线电探空的观测结果之间具有系统偏差,该偏差在无降水时较小,而在有降水时较大。这个系统偏差可能与两种探测设备采样方法的差异、微波辐射计反演算法以及降水影响等有关。尤其是降水时,天线罩上形成的液态水将会导致亮温测值的偏高,进而会给反演结果带来较大的系统偏差。降水的影响同样会体现在微波辐射计反演大气整层可降水量上。与GPS无线电探空结果相比,在无降水时,微波辐射计的可降水量偏小,两者的系统偏差在4 mm以内,而在有降水时,微波辐射计的可降水量明显偏大,两者的系统偏差也较大。与GPS/MET的结果相比,微波辐射计的可降水量总体上偏大,在无降水时,微波辐射计的可降水量与GPS/MET的结果具有很好的正相关,两者的系统偏差小于2 mm,而在有降水时,随着雨强的增加,微波辐射计与GPS/MET可降水量之间的相关系数会减小,同时两者的系统偏差会增大。     

我国可降水量同地面水汽压关系的经验表达式

本文根据1992～1993年全国20个台站地面及高空气象要素资料，拟合出各个站所在地区整层大气可降水量和有效水汽含量同地面水汽压之间的经验关系式。计算结果表明，可降水量和相应的地面水汽压之间，存在着良好的数值对应关系。仅利用地面水汽压计算出的整层大气可降水量和有效水汽含量，同实际情况符合得很好，平均相对误差普遍小于15％。因此，这些经验关系式具有良好的实际应用价值。     

景观植被生态系统水平衡模拟与分析

景观或区域的水平衡状况是全球变化的重要指标。本研究建立了一个空间显式景观过程模型,模拟了长白山自然保护区的水循环过程,并对水分收入、支出和平衡的总体状况、季节动态和空间分布格局进行了分析。整个保护区单位面积上水分盈余0.225±0.255 m.a-1,总计盈余4.379×108m3.a-1,但空间变异相当大。阔叶红松林的水分有略微亏缺,其他类型植被生态系统每年均有不同程度的水分盈余。从总面积上看,云冷杉林每年的水分盈余最多(可达1.696×108m3.a-1),占整个保护区的40.56%。整个保护区6月水分亏缺最严重,7~8月水分盈余最多,3~4月盈余较多。阔叶红松林除3月外,其他各月的水分亏缺均最多或次多,其中7~8月的水分盈余最少。降水量对水分收入、水分支出和水平衡季节动态的影响均最大。总的来说,年水分盈余的空间分布随海拔升高呈明显增加的趋势。气象因子均对水平衡的空间分布有极显著影响,气温和总辐射较高的地带,水分盈余较少,甚至出现水分亏缺;而降水量、相对湿度和风速较高的地带,水分盈余也较多。水分收入与叶面积指数(LAI)呈极显著负相关关系;而水分支出与LAI呈极显著正相关关系,主要受蒸腾量的影响。     

春、夏季降水对水库蓄水量的影响

在分析贵州两大水库控制流域气候状况和蓄水特征的基础上，进行春，夏季降水对水库蓄水量的影响分析，指出：春末，夏末水位均与流域内前两个月的降雨量相关最好，当红枫湖，乌江渡控制渡4－5月降雨量分别达到550mm,400mm时，相应水库的春末蓄水位将达到正常蓄水位，当红枫湖，乌江镀控制流域7－8月降雨量分别达到78mm，500mm时，相应水库的夏末蓄水位可以达到正常蓄水位。     

1975年8月河南省特大暴雨雨强极值的重新估算

通过对云中气载液态水含量以及水汽和气载液态水之间的平衡方程的讨论,建立了改进的可降水量Ia公式。按照改进的公式,重新估算了1975年8月河南省特大暴雨7日20时雨强。结果表明,分别以遂平气象站记录的8 m/s和按物象估算的12 m/s地面风速为基础的改进的板桥水库附近8月7日20时雨强估算值Iae1=75.0 mm/h和Iae1=95.8 mm/h很接近实际的雨强极值Ioe=99.7 mm/h。     

PRECIPITABLE WATER MEASUREMENTS WITH SUN-PHOTOMETER

In this paper a method is described of retrieving precipitable water from sun-photometermeasurements.The quantitative relationship between water vapor transmission and precipitablewater is established by means of LOWTRAN 7 model.Calibration of the water vapor absorptionchannel is made through a modified Langley method.The good agreement between the sun-photometer and radiosonde water vapor retrieval indicates that this method is feasible.The sun-photometer is operated at Hefei to monitor the precipitable water within one yearperiod.Characteristics of both diurnal evolution and within-one-year variation of the precipitablewater and their relation with synoptic system as well as surface dew-point temperature arepresented and analyzed.Errors in the retrieved precipitable water from the sun-photometermeasurements are also calculated and discussed.     

大气水分循环方程

任何地点的降水量可能来自地球的任何地点的水分蒸发。为了定量描述大气中的这种水分循环的复杂过程,我们引入了两个概念性的工具:大气水分辐合函数和大气水分辐散函数,并且建立了用它们描述大气水分循环的方程组。     

湖南省柘溪水库流域空中水汽资源特征及人工增雨潜力

根据湖南省境内怀化和长沙2个探空站的1994—2003年1—12月每日两个时次(北京时间08时和20时)的资料,对柘溪水库库区及流域大气中的垂直气柱水汽含量进行了计算与分析。结果表明,柘溪水库流域全年年平均水汽含量值为3.62g·cm-2。各种天气形势下水汽含量值各不相同,台风外围云系水汽含量值相对较大,为6.01g·cm-2。大气垂直气柱水汽含量交换次数平均为3.04次/月,更新率为9.92天。柘溪流域上空平均每年净输入的水汽含量为234.87×108m3。若对所有的可作业云系施加人工影响,全年平均可能增雨总量达29.843×108m3。     

山东夏季空中水汽分布和水汽输送特征

利用山东省气象站的降水量资料和JRA-55、NCEP/NCAR再分析资料,分析了1962-2016年山东夏季整层大气可降水量、降水转化率、水汽通量及输送路径的分布特征和变化规律,探讨了夏季降水与水汽通量及其散度的相关性和多雨年的水汽来源。结果表明:从常年值来看,山东平均夏季降水量为401.2 mm,大气可降水量为3478.8 mm,降水转化率为11.5%。降水转化率和降水量的时空演变特征更加一致,经向水汽输送和局地水汽通量散度与地面有效降水的关系更加密切,当大气可降水量充沛、外部水汽输送充足并出现局地水汽辐合时,更加有利于山东南部地区降水的发生发展,从而形成夏季降水量和降水转化率气候特征表现出东南地区大于西北地区的空间分布型态。西北太平洋、南海、孟加拉湾和鄂霍茨克海至日本海是造成山东夏季降水异常偏多的重要水汽源地,巴尔喀什湖至贝加尔湖地区是重要的冷空气输送区域;当山东上游盛行偏西风时,自新疆和青藏高原至内蒙古的狭长带出现异常水汽扰动并发展,是由水汽异常引起的水汽通量异常对山东局地降水异常贡献的主要条件。     

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。     

江淮流域2003年强梅雨期的水汽输送特征分析

在分析2003年6月21日到7月11日江淮流域强梅雨期间降水概况和大气环流基本特征的基础上,通过对水汽输送流函数及非辐散分量、势函数及辐散分量及江淮地区水汽收支的分析,表明江淮流域是该时期全球范围内水汽汇的一个高值中心,且水汽通量大值区和水汽辐合区与降水大值区基本一致.从水汽的输送来看,夏季印度风环流和南海夏季风是向江淮流域输送水汽的主要通道.梅雨期内,中层大气中的水汽主要是垂直上升运动对低层水汽的抬升作用,同时,低纬大洋上的水汽也可途经青藏高原后再从西边界向东输入到江淮地区,它的输送有可能增大江淮流域上空对流层中层大气中的水汽含量,从而有利于强梅雨在江淮流域的发生.计算分析还表明2003年强降水从前期的长江流域移到后期的淮河流域,是与大范围的水汽输送和辐合中心北移相联系的,较小空间范围的强暴雨洪涝的发生在有利的大尺度环境下,还与其他条件有关.