自然表面的比辐射率与表面温度

为正确估计表面温度,本文提出了一个用Eppley大气辐射表在现场测定比辐射率的一个简单方法。辐射表的指示温度必须对实际大空热辐射与表面比辐射率做校正。根据1985年12月—1986年1月在西藏那曲所做观测的比较,发现辐射温度与水银温度表的温度之间差值大部分在2—4℃以内。     

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。     

反演寿县TMI微波频率的地表比辐射率

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。     

基于MODIS资料的宁夏LST反演方法新探索

为快速、宏观、全面地获取陆面生态重要参数陆面温度(LST),避免分裂窗算法中诸多参数的估计和参数的适用范围限制,加快计算速度,更好地利用中国气象局"三站四网"的建设成果,利用宁夏2005-2007年13个时次过境晴空地表MODIS资料及对应过境时17个自动气象站观测数据,筛选、优化引入对LST影响较大的水汽通道、NDVI和EVI参数,建立基于MODIS遥感和地面自动气象站观测数据反演陆面温度(LST)的统计模式.研究结果表明:引入相关参数后,宁夏各季及全年模式的相关性和精度有较大提高,且水汽通道和EVI的参数组合最优.与分裂窗算法相比,省去了对大气透过率的估算以及对地表比辐射率估计的繁琐计算,与地面自动站观测真实值误差70.1%能够控制在4.0℃以内,计算速度快,能够满足一般业务的需求,易于推广使用.     

红外高光谱观测值反演云参数

最小局部比辐射率变化MLEV算法根据在红外长波10～15 μm 区, 云的吸收、发射和散射具有相对有限的局部谱变化的特征, 利用对云敏感的长波红外辐射观测值来同时反演单层云的云顶高度和有效云比辐射率谱。先给定一些假想的云高初始猜测, 最佳的云高和比辐射率谱解使得用这些不同云高计算得到的比辐射率谱的局部变化最小, 该算法适用于高光谱(光谱分辨率从0.25～1 cm-1) 的大气红外探测器。通过用两种不同方案的内部比较及与激光雷达观测和MODIS业务云高产品的对比验证, 说明对卫星红外高光谱观测资料采用MLEV算法同时反演单层云的云顶高度和云有效比辐射率谱是非常有效的, 尤其是对中高云。     

GCOM-W AMSR2资料在CMA_GFS 四维变分中的同化应用

卫星微波仪器的辐射率资料,由于兼具卫星观测的全天空优势和微波观测的全天候特性,成为数值天气预报系统同化的日益重要的角色。微波成像仪作为被动微波辐射计的重要一类,其在数值预报中的应用潜力亟待进一步的检验和更充分的挖掘。针对全球水循环变化观测卫星GCOM-W上搭载的第2代先进微波扫描辐射计AMSR2的10个通道,建立了半径200 km的稀疏化方案;研发了包含9项检验的质量控制方案,对于污染低频通道观测的太阳耀光现象和无线电信号干扰等因素进行屏蔽;设计基于经典预报因子的偏差订正方案,对仪器系统偏差进行有效的校正;采用基于变分同化后验估计的观测误差统计,克服了观测误差难以准确估计的问题。通过以上方法,GCOM-W AMSR2共有10个通道辐射率资料在中国自主研发的全球/区域同化预报系统（CMA_GFS,原名为GRAPES_GFS）3.0版的四维变分同化系统（4DVar）中实现了直接同化应用。1个月的批量试验证明,同化GCOM-W AMSR2后,CMA_GFS湿度分析场得到了一定的改进,各量级定量降水中期预报评分有所提高,同时,GCOM-W AMSR2辐射率直接同化对CMA_GFS南半球和赤道地区预报有明显正贡献。研究证实AMSR2能够很好地弥补常规观测资料稀疏区的资料匮乏,发挥水汽敏感特性,改进湿度分析和降水预报的技巧。      

红外高光谱资料近地面通道应用技术研究:海洋地区观测资料同化试验

由于下垫面的复杂性,卫星近地面通道的辐射率资料没有得到充分开发和利用.就我国自主研发的GRAPES-3DVar而言,红外高光谱近地面通道资料还没有应用于陆地,即使在下垫面相对简单的海洋,由于背景场海表温度估计不够准确,红外高光谱资料的使用效果也不甚理想.针对GRAPES模式的背景场海表温度估计不够准确这一问题,本文利用大气红外探测仪器AIRS(The Atmospheric Infrared Sounder)辐射率观测资料通过一维变分(1DVar)方法对其晴空视场点内的背景场海表温度进行调整,再运用GRAPES全球分析预报系统进行同化分析,研究了海表温度调整后对分析场的影响.结果表明,利用一维变分调整后的海表温度不仅使得低层通道的模拟亮温与观测亮温更加匹配,而且有效地改进了分析场,对位势高度场高、中、低层均有不错的改进,对低层湿度场以及风场的改进也较为明显.     

利用NOAA/AMSU资料和GRAPES同化系统对陆面比辐射率计算的改进研究

地表比辐射率计算的不确定性,直接影响到卫星资料在数值预报中同化应用的效果。本文采用美国NOAA/NESDIS的Weng等[1,2]提出的复杂陆面比辐射率模式,同时用NOAA卫星AMSU-ACh1或Ch2反演的地表比辐射率来调整该模式所需的地表参数,从而在缺少详细地表参数的情况下,改进AMSU-A Ch3和Ch15的地表比辐射率计算精度。在积雪地表情况下,用NOAA卫星AMSU-A资料直接反演各通道的比辐射率,在GRAPES同化系统中的应用表明,结果有明显的改进。     

利用ATSR/ERS-1资料研究复杂下垫面比辐射率的变化

一定精度地表温度的取得不仅依赖于较好的大气订正,而且还取决于比辐射率随波谱及角度变化的知识。利用AVHRR植被指数资料,参数化了星下点的比辐射率值,得到了对于包括沙漠、绿州、戈壁等不同类型的复杂下垫面上的星下点比辐射率的值。结合ATSR的双角度技术,计算了复杂地形条件下前向地表比辐射率,给出了一种利用ATSR资料获得有关地表比辐射率信息的新方法。     

红外高光谱资料近地面通道应用

由于下垫面的复杂性,卫星近地面通道的辐射率资料没有得到充分开发和利用。就我国自主研发的GRAPES 3DVar而言,红外高光谱近地面通道资料还没有应用于陆地,即使在下垫面相对简单的海洋,由于背景场海表温度估计不够准确,红外高光谱资料的使用效果也不甚理想。针对GRAPES模式的背景场海表温度估计不够准确这一问题,本文利用大气红外探测仪器AIRS(The Atmospheric Infrared Sounder)辐射率观测资料通过一维变分（1DVar）方法对其晴空视场点内的背景场海表温度进行调整,再运用GRAPES全球分析预报系统进行同化分析,研究了海表温度调整后对分析场的影响。结果表明,利用一维变分调整后的海表温度不仅使得低层通道的模拟亮温与观测亮温更加匹配,而且有效地改进了分析场,对位势高度场高、中、低层均有不错的改进,对低层湿度场以及风场的改进也较为明显。     

陆地上空大气温度廓线及地面辐射参数的卫星遥感

本文利用TIROS—N系列卫星HIRS—2资料，结合相应的无线电探空，提出了一个处理卫星遥感方程中地面辐射因子的新方法，在反演大气温度廓线的同时，还获得了地面温度及其比辐射率与统计反演方法得到的结果对比表明，本文的方法对低层大气的温度反演精度有明显的提高。地面温度及其比辐射率的结果也是合理的。     

REMOTE SENSING OF AIR TEMPERATURE PROFILE AND SURFACE EMISSIVITY FROM HIRS2 DATA

A physical method,based on the simplification of surface radiation terms in remote sensing equations, has been suggested to retrieve the surface temperature,vertical temperature profile and surface emissivity from the first eight channel observations of TIROS-N/HIRS2.Analyses of several examples indicate that this method can obtain much more accurate temperatures in the lower atmosphere than a statistical technique, and that the surface temperature and emissivity retrieved are also reasonable.     

SSM/I资料反演大范围地表湿度试验

利用SSM/ I遥感数据, 结合2002年汛期“973”外场观测资料及T106资料, 借助微波辐射传输正演模型, 通过物理反演原理提取SSM/ I低频19 GHz通道像元平均地表微波比辐射率, 然后利用地表微波辐射模型, 估算SSM/ I像元的地表湿度信息。以2002年8月中旬发生在长江流域的暴雨天气过程为例, 将反演得到的地表湿度信息与地面观测到的降水信息进行对比分析, 并与地面的洪涝特征进行对比分析, 得到了与地面降水观测结果较为一致的对比结果。     

应用先进微波探测器AMSU资料遥感反演春季陆地表层湿度

利用先进微波探测器(AMSU)正演快速微波辐射传输模型,完成了AMSU 窗区通道亮温与地表温湿特征的相关性分析,根据模拟计算结果改进了现有业务上反演地表微波辐射率的统计分析方法,得到适用于我国非冻土积雪覆盖地区地表微波辐射率反演的指数分析模型;进一步通过地表微波辐射传输模型迭代反演得到土壤体积含水量信息.2001年相互匹配的AMSU资料和地面农业气象观测站地表相对湿度观测结果的对比分析表明二者间具有一定的相关性.利用2002年3月和2003年3月的AMSU资料,反演了我国陆地区域地表湿度;连续两年春季地表湿度反演结果的对比分析表明,与2002年春季相比,2003年我国北方沙尘暴发生源区地表湿度反演值普遍偏高,潮湿的下垫面特征与沙尘暴发生频次的减少之间有一定的对应关系.试验结果表明,利用AMSU遥感资料可以获取大范围陆地表层湿度信息,进行区域尺度陆地表层湿度特征的动态分析,为我国沙尘暴监测分析提供陆地表层湿度基础信息.     

Temperature and Water Vapor Weighting Functions from Radiative Transfer Equation with Surface Emissivity and Solar Reflectivity

Linearization of Radiative Transfer Equation (RTE) is the key step in physical retrieval of atmospheric temperature and moisture profiles from InfRared (IR) sounder observations. In this paper, the successive forms of temperature and water vapor mixing ratio component weighting functions are derived by applying one term variation method to RTE with surface emissivity and solar reflectivity contained. Retrivals of temperature and water vapor mixing ratio profiles from simulated Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) observations with surface emissivity and solar reflectivity are presented.     

中国西北三类典型裸土下垫面地表宽波段发射率变化特征研究

利用2013年我国西北戈壁、沙漠和黄土塬区三类典型裸土下垫面野外观测试验资料,探究了上述地区地表向下、向上长波辐射（DLR&ULR）、地表温度（LST）和地表宽波段发射率（LSBE）的变化特征,结果表明:黄土站地表ULR和LST明显比戈壁和沙漠站偏低;戈壁宽波段发射率（GbBE）、沙漠宽波段发射率（DeBE）和黄土宽波段发射率（LoBE）具有明显的变化特征,尤其是日变化特征;观测期内GbBE、DeBE和LoBE平均值分别约为0.926±0.0452、0.916±0.0419和0.881±0.049。三站点地表宽波段发射率的数值大小和变化特征与陆面模式中所指定的参数化情况不符。地表发射率会受站点周围环境和当时气象条件等因素的影响,表层土壤湿度被认为是一个非常重要的影响因子,将来的野外观测试验中需加强相关影响要素的观测与分析。     

SENSITIVITY OF SEA SURFACE TEMPERATURE RETRIEVAL TO SEA SURFACE EMISSIVITY

To estimate sea surface temperature(SST)with high accuracy from radiometrie measure-ments,it is no longer acceptable to assume that sea surface emissivity is unity or any other con-stant.This note presents an investigation of the desirable emissivity accuracy in relation to re-trieval.It was found that 1% error in surface emissivity can cause up to 0.7 K error in the re-trieved SST,although this sensitivity is often reduced to about 0.5 K on average because of thedownward atmospheric radiation at surface partially compensates for the emissivity error.Since thedownward atmospheric radiation ratio is controlled to a large extent by the integrated water vaporin the atmosphere and,secondarily,by view angle,the sensitivity of SST retrieval to surface emis-sivity has been computed as a function of these two parameters.     

基于MODIS数据的金塔绿洲地表温度反演

地表温度(LST)是气象、水文、生态等研究领域中的一个重要参数.本文对MODIS数据的分裂窗算法进行了简要的介绍,并利用MODIS数据计算反演了地表温度所需的关键参数:大气透过率和地表比辐射率,然后运用分裂窗算法反演了金塔绿洲地区的地表温度,并与地面实测数据进行了对比分析.结果表明,这一方法能获得较合理的地表温度,符合金塔绿洲的实际地表状况.     

The effect of emissivity variation on surface temperature determined by infrared radiometry

During the international La Crau-experiment in 1987 the surface temperature was measured using an infrared radiometer. Sensitivity of the derived temperature to variations of surface emissivity and atmospheric radiation are investigated in this paper. A 1% error in emissivity would bias the derived surface temperature about 0.5 K. The atmospheric radiation was calculated using Lowtran-7 and radiosonde profiles. A 10% error in atmospheric radiation changes the derived surface temperature by about 0.1 K if the emissivity is 0.96. Comparison with atmospheric radiation values derived from equations by Idso (1981) showed general agreement, but also a few very exceptional cases. Equations by Svendsenet al. (1990) yield values for surface temperature corrections that are about 5 times smaller than our values.