FY-2A与GMS-5红外通道遥感数据的辐射定标

该文通过辐射传输模拟计算和匹配数据统计分析实现了FY-2A和GMS-5红外通道间的辐射定标.以辐射定标为基础将FY-2A红外通道和GMS-5红外A通道的遥感资料融合应用, 可以得到时间分辨率更高、空间视野更为广阔的静止卫星遥感资料.     

FY-3微波成像仪10.6 GHz通道超分辨率图像重建

为改善风云三号 (FY-3) 微波成像仪10.6 GHz通道空间分辨率,提出利用超分辨率图像重建算法进行图像重建。分析并指出FY-3微波成像仪10.6 GHz通道具有过采样特征,具备重建得到高于瞬时视场图像的潜力;基于超分辨率图像重建理论,根据FY-3气象卫星轨道、姿态,微波成像仪性能参数以及工作模式等物理约束,建立微波成像仪的超分辨率成像模型,并推导计算出超分辨率成像模型参数;采用POCS算法重建得到10.6 GHz通道的超分辨率图像,采用目视比较分析、图像统计分析对重建图像进行质量评价:重建图像像元平均梯度提高26.5%,功率谱分量和提高5.7%,重建图像具有更高的空间分辨率;台风亮温分析应用显示了从重建图像可发现更微小的景物细节目标。采用超分辨率图像重建算法对FY-3微波成像仪10.6 GHz通道进行重建处理,结果有效且正确,可为数据用户提供更多可用的遥感数据,对微波遥感数据应用具有提升作用。     

加密FY-2G云导风质量评估及其在GRAPES＿RAFS系统中的应用分析

采用2016年7月国家卫星气象中心提供的加密FY-2G资料,选用美国国家环境预报中心的FNL全球分析资料(Final Operational Global Analysis)为参考场,根据不同质量标识码QI(Quality Indicator)对其进行质量评估,并基于GRAPES(Global and Regional Assimilation and Prediction System)模式的GRAPES_RAFS(Rapid Analysis and Forecast System)系统分别进行了个例试验和连续试验。结果表明,QI≥80的加密FY-2G资料质量最好,相较于其他QI阈值,其偏差和均方根误差最小;对比业务使用的FY-2G红外通道云导风资料,加密FY-2G红外通道云导风的U分量偏差更接近正态分布。对2016年7月2 3日强降水个例进行了三组对比试验,结果表明:同化加密FY-2G红外通道云导风资料对850 h Pa高度场和风场分析有一定的调整作用,对24 h降水强度和落区预报有一定改善。连续试验结果表明同化加密FY-2G红外通道云导风资料对高层风场改善明显,24 h降水预报检验反映出全国区域中雨到暴雨级别的降水ETS评分提高。     

利用静止气象卫星红外通道遥感监测中国沙尘暴

气象卫星的红外窗区通道 (8~12 μm) 对于通常大气气溶胶几乎没有响应, 但对于较大颗粒且浓度较强的沙尘气溶胶, 尤其是沙尘暴有明显的信号反应。空气中的沙尘在红外分裂窗通道表现出两个特征:一是对地表发射到空间的红外信号产生衰减, 造成卫星探测到的地气系统亮温降低, 这就是所谓的红外差值沙尘指数IDDI; 二是沙尘粒子在红外分裂窗两个通道的比辐射率不同, 11 μm比12 μm的比辐射率低, 从而造成这两个通道的亮温差是负值。基于这两个特征和沙尘多通道光谱聚类法, 针对静止气象卫星观测数据进行了沙尘暴卫星遥感监测业务算法开发, 输出沙尘暴监测产品和红外差值沙尘指数产品, 这一算法不仅用于已经退役的GMS-5卫星, 而且应用于正在运行的静止气象卫星FY-2C, 它还为沙尘暴的定量或半定量遥感提供参考借鉴。     

基于FY-3A/VIRR卫星资料的江西省大雾遥感监测

根据雾在可见光、中红外、长波红外通道的反射及辐射特性与云和地物存在差异,从纹理特征、光谱分布特征等方面对云雾的差异进行分析研究,并利用多波段阈值法对风云三号气象卫星遥感影像进行日间大雾信息提取。结果表明,FY-3A/VIRR遥感资料对江西省大雾的监测效果较好,可在大雾卫星遥感监测业务中推广应用。     

FY-4A云导风在GRAPES_RAFS中的同化应用评估

云导风资料具有较高的时空分辨率特性,是数值天气预报中重要的非常规观测资料之一。2016年12月我国第二代静止气象卫星风云四号首颗试验卫星(FY-4A)成功发射。依据国家卫星气象中心提供的2017年8月FY-4A卫星红外和高空、低空水汽通道云导风测试数据,选用美国国家环境预报中心的FNL全球分析资料为参考场,对比分析云导风资料观测分布及偏差特征。评估结果表明,FY-4A云导风测试数据分布稳定,水汽通道云导风资料观测数明显多于红外通道;红外通道云导风资料偏差和均方根误差最小,水汽通道云导风资料在高层偏差较大。基于GRAPES_RAFS系统,选取2017年第13号台风天鸽做24 h预报试验。个例试验结果表明,同化FY-4A云导风资料对模式高度场和风场分析有一定调整作用,特别是同化FY-4A水汽通道云导风资料,对强降水落区和强度预报有所改善。     

应用FY-1D气象卫星监测雾

简要介绍了FY-1D气象卫星的特点。利用典型的FY-1D资料,通过直方图分析法,探讨了雾在FY-1D不同通道的光谱特征。分析结果表明,可见光通道1和红外通道4是FY-1D卫星监测雾的代表通道。通道1图像上,雾的反照率在20%～48%之间,且纹理均匀,顶部光滑,边缘清晰,而通道4图像上,雾的亮温在272～289K之间,与地表温差不超过6K。     

GMS-5 估计可降水量的研究

文章证明了由静止气象卫星GMS-5的分裂窗通道和水汽通道亮温反演可降水量的可行性,探讨了GMS-5红外通道亮温与可降水量的关系,建立了由3个通道亮温反演可降水量的经验公式。用60组大气平均廓线,对公式模拟检验误差为0.18 g/cm2,而用实际124组探空和对应的GMS-5亮温资料进行检验,误差0.40 g/cm2。用得到的经验公式可反演大范围的晴空可降水量分布。     

风云二号静止气象卫星图像杂散信号分析

该文利用GMS 5原始数据、GMS 5展宽数据、FY-2A展宽数据和FY-2B展宽数据, 采用伪彩色增强和灰度直方图分析方法, 分别对这4种数据的红外、水汽、可见光通道图像进行了针对杂散光的对比分析以及对杂散信号来源分析。分析表明这三颗静止气象卫星的图像中都存在一定的杂散信号。该文提出了解决杂散光问题主要依靠优化辐射计光路设计; 地面系统在实时处理、展宽图像时采取简单剔除处理, 可以减小或消除图像冷空间区域的杂散信号, 但是去掉地球圆盘图像内部的杂散信号将非常困难。     

FY-2B与NOAA卫星红外通道的相对定标

FY-2是自旋扫描静止气象卫星,其红外通道的在轨定标是将黑体从后光路插入目标光路中进行的,此种定标不是全光路定标,存在较大的误差。为了获得较好的红外通道在轨定标系数,用定标精度较高的NOAA(16,17)卫星通道4观测数据与FY-2B红外通道观测数据进行了相对定标试验。相对定标的工作主要是两种卫星观测仪器响应函数之间的光谱匹配和观测图像之间的几何匹配。拟合匹配后两种卫星的观测数据,利用NOAA卫星较高精度的定标系数可得到改进的FY-2B定标系数。FY-2B相对定标系数的精度比原定标系数有较大的提高。     

利用卫星资料研究云对地面净辐射的影响

采用2002年1月、2月、7月、8月每日8～16时(北京时间)的GMS-5卫星云图资料以及相同时次的漠河和郑州两个辐射站的地面净辐射资料,通过读取红外1、红外2、水汽和可见光云图上的卫星计数值,并将卫星计数值按照GMS-5定标表转换成亮度温度和反射率,最终形成一套利用卫星资料研究云对地面净辐射影响的数据集。采用统计的方法将地面净辐射与影响地面净辐射的各因子：太阳天顶角、地面及云面反射率等有关因子进行拟合,发现地面净辐射与这些因子之间有很好的相关性,特别在引入卫星红外通道亮温值减水汽通道亮温值这一因子后,在有云状况下,拟合的相关系数有较明显的提高,原因可能是这一因子包含了云分类的信息,这一方法的提出为利用卫星资料研究云对地面净辐射的影响提出了一个新的思路。     

A New Algorithm for Sea Fog／Stratus Detection Using GMS-5 IR Data

A new algorithm for the detection of fog/stratus over the ocean from the GMS-5 infrared (IR) channel data is presented. The new algorithm uses a clear-sky radiance composite map (CSCM) to compare the hourly observations of the IR radiance. The feasibility of the simple comparison is justified by the theoretical simulations of the fog effect on the measured radiance using a radiative transfer model. The simulation results show that the presence of fog can be detected provided the visibility is worse than 1 km and the background clear-sky radiances are accurate enough with known uncertainties. For the current study, an accurate CSCM is constructed using a modified spatial and temporal coherence method, which takes advantage of the high temporal resolution of the GMS-5 observations. The new algorithm is applied for the period of 10-12 May 1999, when heavy sea fog formed near the southwest coast of the Korean Peninsula. Comparisons of the fog/stratus index, defined as the difference between the measured and clear-sky brightness temperature, from the new algorithm to the results from other methods, such as the dual channel difference of NOAA/AVHRR and the earth albedo method, show a good agreement. The fog/stratus index also compares favorably with the ground observations of visibility and relative humidity. The general characteristics of the fog/stratus index and visibility are relatively well matched, although the relationship among the absolute values, the fog/stratus index, visibility, and relative humidity, varies with time. This variation is thought to be due to the variation of the atmospheric conditions and the characteristics of fog/stratus, which affect the derived fog/stratus index.     

Characteristics of Fengyun-4A Satellite Atmospheric Motion Vectors and Their Impacts on Data Assimilation

The high observation efficiency, scanning speed and observation frequency of the Fengyun-4A (FY-4A) satellite indicates the progress of Chinese geostationary meteorological satellites. The characteristics of FY-4A atmospheric motion vectors (AMVs) derived from the high-level water vapor (WV-High) channel, mid-level water vapor (WV-Mid) channel, and infrared (IR) channel of FY-4A are analyzed, and their corresponding observation errors estimated. Then, the impacts of single-channel and multi-channel FY-4A AMVs on RMAPS-ST (the Rapid-refresh Multi-scale Analysis and Prediction System—Short Term) are evaluated based on one-month data assimilation cycling and forecasting experiments. Results show that the observation errors of FY-4A AMVs from the three channels have an explicit vertical structure. Results from the cycling experiments indicate that the assimilation of AMVs from WV-High produces more apparent improvement of the wind in the upper layer, while a more positive effect in the lower layer is achieved by the assimilation of AMVs from IR. Furthermore, the assimilation of AMVs from IR is more skillful for medium and moderate precipitation than from other channels owing to the good quality of data in the lower layer in the AMVs from IR. Assimilation of FY-4A AMVs from the three channels could combine the advantages of assimilation from each individual channel to improve the wind in the upper, middle and lower layers simultaneously.     

2002年3月18～21日强沙尘暴天气过程的监测

简要讨论了利用NOAA卫星、FY-1C卫星和GMS5及FY-2B卫星监测沙尘暴的原理和方法、沙尘强度指数的建立、沙尘暴强度的计算方法和地理信息系统的应用。以2002年3月18～21日发生在我国北方地区的一次强沙尘暴过程为例,说明上述方法不仅能监测到沙尘暴的发生、发展和演变,还能对沙尘暴参数进行定量计算,是监测和预警沙尘暴的重要手段。     

FY-3B/MWHS性能参数在轨实时监测

2010年11月5日发射的风云三号B星 (FY-3B) 是我国第2代极轨气象卫星的第2颗星。其上装载的微波湿度计 (MWHS) 在183 GHz水汽吸收线设计了3个大气探测通道,在大气窗区150 GHz设置了双极化通道。该文主要对FY-3B微波湿度计系统进行介绍,分析其在轨5年的性能,对仪器在轨关键性能参数进行了长时间序列分析,结果表明:仪器各通道灵敏度均优于0.4 K,其中通道1,2,4,5的灵敏度优于0.3 K,定标精度稳定在0.3~0.55 K,未出现恶化现象, 同类型在轨载荷星下点处匹配数据交叉比对,相关系数优于96%。分析表明,该仪器在轨性能和数据质量均优于FY-3A微波湿度计。同时,利用微波湿度计实测数据,着重分析2015年6—7月若干台风的生成、演化、增强和消亡的整个过程,并对台风区域强降雨监测进行分析。     

GMS卫星遥感中国地区气溶胶光学厚度

讨论了利用GMS卫星遥感湖面上空气溶胶光学厚度的方法,根据在5个湖面附近与多波段光度计遥感结果的比较,对卫星遥感的方法和结果进行了检验,然后利用该方法遥感了中国大陆25个湖面上空气溶胶光学厚度.结果显示,利用卫星反演湖面光学厚度可以提供大陆上空气溶胶的信息,是研究大陆上空气溶胶光学厚度一个可行的方法.     

纹理分析法识别静止卫星红外云图和监测汛期强对流天气系统

根据空间灰度共现矩阵纹理分析原理,制作卫星红外云图纹理分析法系统。选取50幅2003～2004年甘肃西部汛期对流性降水的FY-2红外云图,进行纹理特征量的计算和统计分析,并用甘肃省肃北县2004年6月29日18时的FY-2冰雹云的红外云图为个例进行检验。结果表明:该系统能够有效提取反映对流云团纹理特征的参数值;汛期强对流云红外云图的能量值接近1,比惯性矩和熵的特征量大2个量级。     

评估FY-3A微波湿度计O-B对云的识别能力

应用FY-3A微波湿度计2010年1月份的Level-1c观测亮度温度O,NCEP GFS 6 h的预报场作为背景场,用RTTOV 9.3版本辐射传输模式模拟的亮度温度B以及美国NOAA-18 MHS业务微波地表和降水产品,研究了双权重质量控制算法对FY-3A MWHS 通道3至5云和降水视场的识别能力。研究表明双权重质量控制算法判断的负观测增量O-B的离群点中,大多数都受云和降水影响。通道3约占60%,通道4约80%,通道5超过80%。当降水率大于0.2 mm·h^-1时,通道3负离群点可识别超过60%降水云,随着降水率增大识别率超过80%。而通道4对大于0.2 mm·h^-1的降水的识别率超过90%。通道5负离群点几乎可以剔除100%的降水影响资料。在目前还没有MWHS自身云检测产品的条件下,双权重质量控制算法可剔除大部分云和降水影响视野。