标准太阳紫外光谱辐射计

在中国气象局新技术推广项目"紫外观测技术标准"的支持下,经与中国计量科学研究院光学处的科技人员合作,开发研制了标准太阳紫外光谱辐射计,现已完成整机加工、调试和测试工作.该仪器由辐射接收器(采用积分球和余弦修正石英半球配合的接收方式)、光栅单色仪和探测器(包括波长扫描驱动机构、探测器和放大器等)、计算机及其控制软件以及校准系统等部分组成(图1).     

降水条件下的云雷达与微波辐射计反演液态水含量对比分析

为了发展云雷达与微波辐射计联合反演液态水含量的方法, 利用2019年4—9月中国气象科学研究院在广东龙门开展的综合观测试验中的双波段云雷达和微波辐射计数据, 首先检验了在降水条件下微波辐射计天顶观测和斜路径观测两种探测模式反演温度(T)、相对湿度(RH)、液态水含量(LWC)和液态水路径(LWP)的合理性, 然后分析了两种探测设备反演LWC和LWP的差别。得到以下结论: (1)微波辐射计在斜路径观测模式下反演的产品受降水影响较小, 其反演结果明显优于天顶观测模式; (2)两种探测设备反演的LWP相关性较好且随时间变化较为一致, 但云雷达反演LWP与平均回波强度有明显相关, 随着雷达回波强度的增大, 云雷达与微波辐射计反演的LWP之比越大; (3)两种探测设备反演的LWC相关性较差且存在明显偏差, 在不考虑融化层的情况下单波段云雷达反演LWC与微波辐射计随高度变化趋势相近, 双波段云雷达反演LWC与微波辐射计反演结果在1 km及其以上区间存在明显差异。      

重庆微波辐射计资料的评估和探测特征分析

对比了2017～2019年重庆沙坪坝MP-3000A型地基微波辐射计和Metop-A掩星资料气温、湿度廓线探测之间的差异,并对两次天气过程中微波辐射计的探测特征进行分析,结果表明：(1)微波辐射计与掩星气温在整个探测高度上均为显著正相关,且低层高于高层；夏半年偏差小于冬半年；,4km以下微波辐射计探测气温高于掩星气温,降雨时偏差更大。(2)微波辐射计与掩星相对湿度相关性稍高于气温；,夏半年相关性高于冬半年,,偏差小于冬半年；降水天气时,1km以下及4～-6km之间,微波辐射计相对湿度的负偏差值明显比无降水时大。(3)降水时段,微波辐射计探测5km以下为高湿区,暖湿气团上升过程中凝结潜热和绝热冷却作用,中低层出现了逆温层；辐射雾出现时,微波辐射计探测到近地面层相对湿度增大和气温降低。     

重庆不同天气条件下地基微波辐射计探测特征

利用2012年1月至2014年8月重庆沙坪坝站的微波辐射计和探空数据,通过数值模拟检验微波辐射计的亮温精度,并统计分析晴空、有云和降水天气条件下微波辐射计反演产品的变化特征。结果表明:(1)有云时微波辐射计氧气通道53.85、54.00 GHz亮温与探空观测温度相关性较好;晴空和有云时MonoRTM模拟亮温与微波辐射计观测亮温相关性较好。(2)不同天气条件下,微波辐射计反演温度与探空观测值的相关性都较高,降水时4.0 km以下微波辐射计反演温度明显偏高,有云和晴空时3.8 km以下的温度平均绝对误差小于2℃。微波辐射计反演的相对湿度与探空观测值的相关性较同高度层温度的相关性差,有云时1.0~2.6 km高度反演的相对湿度平均误差很小,降水时4.5 km以下平均误差也较小且稳定。降水时4.0 km以下微波辐射计反演的水汽密度平均误差明显偏大,有云时多数高度层平均误差较小。(3)4.2 km以下降水时08:00微波辐射计反演温度的平均误差较大,有云时08:00微波辐射计反演温度和水汽密度的平均误差均较小。说明微波辐射计反演的大气廓线具有可用性,且在稳定大气环境中反演效果更好。     

一种利用天空辐射计反演大气总水汽量的算法研究

传统计算大气总水汽量是利用改进的Langley方法,通过准确测定传感器的光谱响应函数结合辐射传输方程模拟大气中水汽透射比并反演总水汽量。而本文提出了一种根据天空辐射计940 nm通道的太阳直接辐射资料反演晴空条件下大气柱总水汽量的算法,该算法直接根据天空辐射计的观测数据估算了描述大气中水汽透射比的参数(a和b),而不依赖于光谱响应函数的精确测量;反演得到的a和b值包含了观测站温度、气压和湿度垂直廓线的季节变化等信息,不受模式模拟误差的影响。利用2009年3-8月兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)天空辐射计资料,用该算法获得了观测时期内大气总水汽量,然后利用同期探空资料反演的水汽量验证天空辐射计反演和微波辐射仪观测的水汽量。结果表明,这两种方法得到的水汽总量都是可靠的。天空辐射计与微波辐射仪、CE318型太阳光度计的反演水汽量表现出较好的一致性,拟合斜率值分别为1.03和1.64,相关系数均0.95,相对误差在2.1%~11.3%范围内。该算法可广泛应用于东亚地区天空辐射计网(SKYNET)对总水汽量的反演。     

高被引论文选编

正"风云系列气象卫星"主题来源数据库:SCI-E和CAJD,检索时段:2014—2015年FY-3 VIRR热红外通道在轨辐射定标的评估和校正——Assessment and correction of on-orbit radiometric calibration for FY-3 VIRR thermal infrared channels.Remote Sensing,2014,Vol.6,No.4.风云-3(FY-3)可见光红外扫描辐射计(VIRR),以及它的前身——FY-1 CD卫星搭载的多光谱可见光红外扫描辐射计(MVISR),已经积累了超过14年的全球连续观测。此数据资料对于     

云雷达联合微波辐射计反演混合性降水层云液态水含量的方法研究

单独利用云雷达反演液态含水量(LWC)廓线,由于降水粒子与冰相粒子的影响,反演结果误差较大。单独利用微波辐射计反演LWC廓线,由于无法得到云的垂直结构,结果也不理想。在云雷达联合微波辐射计反演暖云LWC廓线方法的基础上,根据回波强度区分云滴粒子与降水粒子,根据温度区分云滴粒子与冰相粒子,建立粒子分布模型,提出了利用云雷达回波强度数据与微波辐射计液态水路径数据(LWP)联合反演混合性降水层云LWC廓线的算法,基于2014年6月6日与7日两次混合性层云降水个例,联合反演LWC廓线,分析了该联合反演算法的稳定性和合理性,结论如下:(1)与直接用单一Z-LWC经验关系的方法相比,根据联合反演算法,剔除回波强度中的冰相粒子信息,区分云滴粒子和降水粒子,并采用不同Z-LWC经验关系的方法更加合理。(2)影响联合反演算法的7个参数(非降水粒子Z-LWC经验关系的系数a_1与b_1等)中,降水粒子Z-LWC经验关系系数a_2与b_2的改变对联合反演算法结果影响稍大,偏差在20%~30%左右,而其他参数的改变对结果的影响很小,偏差小于5%,联合反演算法的稳定性较好。(3)联合反演得到的LWC廓线与微波辐射计输出的LWC廓线相比,廓线分布更为合理。     

中国坡地太阳直接辐射分布特征

本文经简单变换将坡地太阳直接辐射计算式化为S_(αβ)=K(αβ)·S＇,其中S＇为水平地面太阳直接辐射日平均辐照度;K_(αβ)为坡地直接辐射换算系数。文中着重分析了K(αβ)随坡向、坡度、纬度和季节的变化特征,给出了计算南、北坡最热坡度的表达式。最后计算出我国211个站点全年各月坡地太阳直接辐射日平均辐照度,并以南、北坡20°为例分析讨论了坡地太阳直接辐射地理分布特点。     

有关METEOSAT卫星大孔径红外辐射计飞行中校准的新概念

几位作者过去所做的研究表明,飞行中的校准不仅应包括探测器,而且必须包括卫星扫描辐射计的整个光学系统。根据联邦德国空间研究院(DFVLR)对机载辐射计进行的校准,提出了一种校准概念,它利用装在空间飞行器上附加的校准用辐射计。这个附加的辐射计应与扫描辐射计具有相同的光谱通道,但比之有较宽的视场(FOV),这样可使绝对校准变得相对简单。在所提出的方法中,把由校准辐射计测得的绝对辐射值与较宽视场中所有象素的平均辐射值联系起来。这一概念可以推广到具有多个探测器的阵列扫描辐射计。最近的研究结果通过让校准辐射计和扫描辐射计使用同一检测器-滤光镜部件,使得仪器设备得以简化。     

地基微波辐射计工作环境对K波段亮温观测影响

该文研究地基微波辐射计天线性能及其工作环境对K波段20~30 GHz亮温观测数据的影响,根据辐射传输理论和天线性能参数分析建立模型,通过模拟计算给出辐射计20~30 GHz波段亮温观测对天线性能及其工作环境的响应,提出针对工作环境温度变化影响的订正方案,并结合观测资料进行分析验证。结果表明:如果辐射计天线增益和3 dB波束宽度决定的等效主波束效率η_e较低,则即使在能够经常进行辐射计系统液氮定标的情况下也必须考虑天线工作环境 (环境温度与辐射计定标时的情景差异) 对K波段亮温观测的影响。对某一辐射计液氮定标后1年多观测资料的订正验证表明:订正效果明显,尤其是在28.0 GHz和30.0 GHz两通道。     

微波辐射计在强降水天气预报中的应用

选取设在遂溪的微波辐射计资料(2008.06.01—07.03)、遂溪自动站逐小时雨量与北海(59446)探空站资料,分析比较微波辐射计各天气要素,并计算出多个常用的对流参数,探讨各参数与实况降水变化的关系。结果表明:微波辐射计监测出现降水的时间段与实况雨量分布相符;与探空站比较验证显示,微波辐射计探测的温度、湿度的误差垂直分布合理,计算所得的对流参数(以K指数为例)与探空所得的对流参数正相关;选取个例分析,显示多个对流参数的突然增大与减小均与降水的发生与减弱有对应关系,微波辐射计资料的应用对预报降水的发生与增强有指示作用。     

微波辐射计亮温观测质量控制研究

针对武汉MP-3000A型微波辐射计,将无线电探空资料代入辐射传输模式(MWCLD),计算出该辐射计各通道的亮温,再与实际观测的亮温值进行对比,通过个例分析该辐射计观测值与计算值的一致性并判断各通道观测值的合理性.分析结果表明:模式计算值与观测值之间有很好的一致性,并且经过偏差订正或线性订正后的数据,可用于检查辐射计在各个通道的运行状态,从而建立有效的针对地基微波辐射计资料的质量控制方案.     

基于径向基神经网络的地基微波辐射计反演算法研究

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL站)2009—2010年的地基微波辐射计亮温资料和榆中站探空资料,建立了应用于地基微波辐射计温度、相对湿度和水汽密度反演的径向基神经网络,并将反演结果与地基微波辐射计自带反演产品进行了对比,探究了径向基神经网络在地基微波辐射计气象要素反演算法本地化的应用效果。结果表明:径向基神经网络反演的温度、相对湿度和水汽密度的均方根误差最大值分别为2.72 K、22.32%和0.73 g·m^-3,在所有高度层上径向基神经网络的反演结果均优于微波辐射计,反演产品对2—10 km、1—7 km、0—3 km的大气温度、相对湿度和水汽密度廓线的反演均有明显改善,径向基神经网络能够应用于地基微波辐射计气象要素的反演算法的本地化。     

编辑选编

正利用土壤水分主动/被动探测卫星(SMAP)雷达和辐射计反演地表冻融状态——Retrieving landscape freeze/thaw state from Soil Moisture Active Passive(SMAP)radar and radiometer measurements.Remote Sensing of Environment,2017,Vol.194.全球1/3以上的土地每年都在冻结和非冻结状态之间进行季节性转变,在北方地区和高纬度地区,陆地冻融(freeze/thaw,FT)对水文和生     

成都机场2019～2020年初辐射雾过程中微波辐射计应用

利用微波辐射计资料、自动观测资料,分析了成都双流机场2019～2020年初的辐射雾中跑道视程(RVR)的变化特征。结果表明:(1)雾中各跑道RVR差别大,02R最差,20R最好。(2)微波辐射计反演温度在近地层有偏差,午后偏低,凌晨偏高,分析时需修订。(3)RVR变化特征与近地面逆温层特征及虚位温特征有较好对应,可据此更好地预计RVR变化,特别是RVR上升至550m临界值的时间。      

AVHRR1B数据集的生成、格式及使用方法

本文介绍了国家气象局卫星气象中心所生成的AVHRR(改进的甚高分辨辐射计)1B数据集的格式和使用方法,并简介其生成的原理和方法。     

MWP967KV型地基微波辐射计反演产品的质量评估

利用MWP967KV型地基微波辐射计和L波段探空资料,采用了平均误差、相关分析、回归分析等统计方法,评估了微波辐射计和L波段探空在降水和无降水时温度、相对湿度、水汽密度的差异,了解地基微波辐射计的性能。研究结果表明:(1)微波辐射计和探空探测温度、相对湿度和水汽密度为显著性的线性相关,两者相对湿度相关性不如温度和水汽密度高,且离散度较大。(2)无降水时,相对湿度和水汽密度平均误差小,有降水时,温度和相对湿度的均方根误差大;在低层时,无降水时温度平均误差小,水汽密度的均方根误差大,中高层时,有降水时温度平均误差小,水汽密度均方根误差大。(3)温度和水汽密度为显著性正相关;相对湿度在有降水时表现为0~2km的显著性正相关和9.25~10km的显著性负相关,无降水时表现为0~8km的显著性正相关。总体来看,微波辐射计能弥补探空时空不足的问题,相对湿度的可信度需要进一步提高,降水对微波辐射计影响较大。      

复杂山地环境下雷暴天气中的地基微波辐射计影响距离分析

利用2017年2月-2018年10月地基微波辐射计和无线电探空仪、闪电和雷达数据, 首先评估了微波辐射计温度和绝对湿度在不同高度的探测性能, 微波辐射计和无线电探空仪不同高度的温度的相关系数为0.800~0.985, 绝对湿度的相关系数为0.600~0.916;微波辐射计温度的标准差为3.9~6.1℃, 绝对湿度的标准差为0~4 g/m3, 无线电探空仪温度的标准差为4.2~6.1℃, 绝对湿度的标准差为0.1~4.2 g/m3; 微波辐射计和无线电探空仪温度绝对误差的标准差为1.06~2.90℃, 绝对湿度绝对误差的标准差为0.08~2.02 g/m3。二者K指数相关系数为0.945。其次利用K指数上升和下降到35℃的时次和不同距离闪电开始和结束时次做相关性分析, 结果表明在30 km处具有最大的相关系数(0.864), 这可能就是微波辐射计温度和湿度在复杂山地下雷暴天气中能够代表的大气层结的有效距离。最后统计分析了微波辐射计K指数上升达35℃时, 90%上游移向微波辐射计的雷暴回波(30 dBZ雷达回波超过-15℃高度层)距离微波辐射计平均距离为35.3 km, 移到微波辐射计附近平均需要92.8分钟, 局地雷暴(40 km以内)生成需要138.2分钟。      

呼和浩特地区降水识别的Fisher判别研究

利用2018年呼和浩特白塔基地的微波辐射计数据,结合Fisher判别准则,在降水开始前120 min每隔10 min建立一个降水预报判别方程,希望能够找到基于微波辐射计数据的降水预报和人工增雨潜力识别的客观指标,之后利用2017年的数据对方程的预报准确性进行检验,结果表明:(1)降水发生前微波辐射计测得的积分水汽和积分液态水明显增加,对降水的发生有很好的指示意义,可以作为判别方程的前期因子。(2)该判别方法有较好的降水预报能力,且随着降水过程的临近,预报准确率逐渐升高,在降水开始前10 min和20 min,准确率可达到80%左右。     

光合有效辐射和紫外辐射测量标准的性能验证

2010年中国气象局建立了气象行业光合有效辐射和紫外辐射测量标准.标准建成后,标准器的各项技术性能指标必须经过实际测试来验证.通过对光谱辐射计的波长精密度、准确度、杂散光、重复性、稳定性、探头余弦响应等参数的测试验证,以及对整个标准的测量误差来源及不确定度的分析和评定,得以验证紫外辐射测量标准DTMc300双单色仪光谱辐射计满足世界气象组织(WMO)相关规定的技术指标要求.