FY-4A白天对流风暴和闪电产品在华北强雷暴天气分析中的应用

我国第二代静止气象卫星FY-4A观测能力较之前有明显提升,在天气特别是对流性天气监测和预测中具有较强的应用潜力。利用FY-4A气象卫星多通道扫描辐射成像仪(Advanced Geosynchronous Radiation Imager,AGRI)和闪电成像仪(Lightning Mapping Imager,LMI)数据开展研究,分析了反演产品在强雷暴天气中的应用。研究表明,扫描辐射成像仪多通道组合白天对流风暴红-绿-蓝（red-green-blue,RGB）合成产品可以突出具有强上升气流的对流性雷暴云,较单通道及多通道可见光合成产品具有监测优势;闪电成像仪产品较地面闪电探测闪电产品能够探测到更多的闪电,对新生对流和较弱对流产生的闪电监测具有优势;在华北和黄淮一次强雷暴天气过程中,白天对流风暴RGB合成产品能够监测云系发展的过程,卫星监测闪电活动频数和冰雹活动一致性较好。     

我国风云四号气象卫星与日本Himawari-8/9卫星比较分析

从观测仪器种类、观测波段设置、观测时空分辨率、仪器灵敏度、仪器定标精度、数据服务能力等六个方面比较和分析了我国风云四号(FY-4)试验星与日本Himawari-8/9卫星的水平和差距。从观测仪器种类方面来看,Himawari-8/9卫星只装载了辐射成像仪(AHI),FY-4试验星除装载一台与AHI性能基本相当的扫描辐射成像仪(AGRI)外,更将首次在静止轨道上同时实现红外干涉式高光谱探测和闪电探测;观测波段设置方面,FY-4试验星搭载的AGRI与Himawari-8/9 AHI基本相当;时空分辨率方面,AHI略优于AGRI;仪器灵敏度方面,AHI和AGRI在发射波段基本一致,AHI在反射波段明显优于AGRI;仪器定标精度方面,AHI和AGRI基本相当;数据服务能力方面,FY-4试验星仍然采用传统的卫星直接广播和借助通信卫星转发两种模式,而Himawari-8/9以互联网云服务为主,可按需灵活调配服务内容和性能且运维成本较低。     

FY-4A卫星闪电资料与ADTD闪电资料在四川省冕宁暴雨中的对比分析及数值模拟

FY-4A卫星闪电资料与地基ADTD(Advanced Direction and Time of arrival Detecting system)闪电资料对于研究暴雨等强对流天气具有一定的指示意义,通过对四川省冕宁暴雨个例的研究,对比分析了这两种闪电资料的差别,设计了将两种闪电资料引入数值预报模式的多组数值试验。结果表明：（1）两种闪电资料在不同地区有不同的探测效果,ADTD闪电资料范围更广且分散,FY-4A卫星监测到的闪电数量更密集、分布更集中;两种闪电资料在进入模式之后所转化成的代理雷达回波具有很好的一致性;对于低频次的闪电来说,ADTD闪电定位仪可能比FY-4A闪电成像仪探测效率更高。（2）引入任何一种闪电资料都对降水预报具有正效果,其中ADTD闪电资料的应用对于短时降水预报准确率的提高更为有效。（3）两种闪电资料对于云微物理量的调整作用,在不同的区域有不同效果,说明这两种闪电资料的分布不完全一致,揭示出这两种闪电资料具有一定的互补性。     

FY-4A闪电成像仪FPGA单粒子翻转防护

FY-4A卫星是我国首次星载闪电成像仪的静止气象卫星,其采用的可重载型FPGA芯片可连续在2ms时间,按像元完成针对400×600像元的多帧闪电信号数据处理,实时生成闪电数据及地标观测数据,并具有在轨软件上注更新配置功能。由于近地空间环境复杂,因此FPGA属于单粒子翻转敏感器件,需要采用多种手段进行单粒子翻转防护。在FY-4地面应用系统工程建设中,根据FPGA单粒子翻转对闪电探测产品所造成影响的不同,结合闪电事件数据逻辑关系、系统资源等情况,设计并在地面系统中部署了单粒子检测程序,实现了FPGA单粒子翻转异常自动辨识;根据闪电观测任务特点、闪电探测产品恢复时效性要求,同时采取自动判别与自动发令、动态刷新与定时刷新、软件复位与硬件复位等多种单粒子翻转防护综合措施,实现了FPGA单粒子翻转自动恢复。通过以上工作,目前FY-4A闪电成像仪已经有效地减少了单粒子翻转效应对闪电探测产品的影响。     

中国首颗降水测量卫星(风云三号G星)的探测能力概述与展望

2023年4月16日09时36分(北京时)中国首颗降水测量卫星—风云三号G星(FY-3G)成功发射,本文在介绍风云三号降水星技术特征的基础上,着重分析FY-3G降水探测能力及在暴雨监测中的应用前景。结果表明：卫星轨道高度407 km、倾角50°,装载了Ka/Ku双频降水测量雷达、微波和光学成像仪的FY-3G卫星,可对影响中国大部分地区的台风、暴雨、强对流等灾害性天气系统三维结构进行探测。FY-3G在设计层面上,降水探测能力与目前美国第二代全球降水测量计划(GPM)核心星(GPMCO)相当,在载荷类型、数量、通道设置等方面优于GPMCO卫星。FY-3G业务运行后将与风云三号上午、下午和黎明星等其他极轨气象卫星以及风云高轨静止卫星组成风云降水探测星座体系,提升风云卫星星座的降水总体探测能力,为气象防灾减灾提供更强的基础支撑。     

风云四号静止卫星闪电成像仪监测原理和产品算法研究进展

静止卫星闪电成像仪通过光学成像探测实现闪电定位,能够对闪电活动进行长时间连续监测,为中国地区强对流天气预警和区域闪电活动特征研究提供观测基础。结合国外静止卫星闪电成像仪研究现状,针对风云四号静止卫星闪电成像仪工作原理和产品算法进行了介绍。     

黄渤海地区FY-4A闪电成像仪(LMI)探测效果评估

基于大连和青岛地区地基三维雷电探测网数据,对FY-4A闪电成像仪(lightning mapping imager,LMI)在黄渤海地区的探测效率进行评估。结果表明:针对2019年大连地区4次强对流天气过程,绝大多数地基三维雷电探测网探测的雷电脉冲发生在强回波区,回波强度为30 dBZ,强回波区的云顶高度超过9 km,FY-4A LMI探测到的组(group)数量与地基三维雷电探测网探测的雷电脉冲数量之比平均值为0.2,变化范围为0.15~0.26;针对2019年青岛地区5次强对流天气过程,FY-4A LMI探测的group数量较少,其与地基三维雷电探测网探测的雷电脉冲数量比值的平均值为0.34,变化范围为0.27~0.4,地基三维雷电探测网和FY-4A LMI测到的雷电活动的空间位置比较一致,都基本处于强对流核心区域。总体来看,FY-4A LMI在黄渤海地区的探测效率比较低下。     

FY-4A AGRI热红外通道辐射定标的精确外场评估

Fengyun-4A(FY-4A)卫星是2016年12月11日发射的我国新一代对地静止气象卫星,它配备了先进的成像仪和测深仪,可提供高时空和光谱分辨率的探测信息,用于天气气候相关的监测、预警和预报。多通道扫描成像辐射计(AGRI)是FY-4A卫星平台挂载的关键辐射成像仪器,重点用于云观测,并利用高时间分辨率的特征进行天气过程追踪。AGRI的红外辐射通道具有全光路的星上红外定标系统,与FY-2上的红外可见自旋扫描辐射计(VISSR)相比,无论在定量标定、成像速度和空间分辨率方面均有了显著改善。FY-4A AGRI的在轨运行状态和星上辐射定标水平的精确评估,对红外通道产品应用具有重大意义。     

卫星在热带气旋快速增强观测中的应用进展

热带气旋(TC)快速增强(RI)对我国影响大且预报难度较大,在常规观测资料稀少的海洋上,卫星探测技术的发展,提供了更多的RI TC内部结构变化的有效信息,能够帮助人们进一步认识TC强度的变化规律.文中总结了静止轨道及极地轨道卫星上搭载的可见/红外扫描仪、微波成像仪、降水测量雷达、风场测量仪器、闪电成像仪和云雷达资料在TC RI中的应用以及存在的问题,指出发展小卫星星座及静止轨道微波探测,加强RI TC内部的降水、云微物理和风场等重要信息的时间演变分析,并结合数值模拟进一步研究TC RI的物理机制将是未来的发展方向.     

沿海地区一次中尺度对流系统闪电活动及降水结构

利用TRMM卫星的测雨雷达,微波成像仪,闪电成像仪等探测数据,研究了2010年8月5日发生在江苏北部一次中尺度对流系统(MCS)的降水结构和闪电活动之间的关系.结果表明:MCS在发展阶段,对流云降水面积与层状云降水区相当;在减弱阶段,层状云降水区面积远大于对流云降水区.MCS的生命史中,大部分闪电发生在对流云区,仅有少数闪电发生在层状云区,在减弱阶段闪电多发生在对流云和层云的过渡区中.发生闪电的层云和对流云降水垂直廓线表明:在MCS的发展成熟和减弱中在4 km高度,层云降水率都达到最大值;在对流云降水区中发生闪电主要与对流云上空含丰富的冰相粒子和对流云发展厚度(顶高达17 km)有关.研究还表明闪电数目最大值一般回波强度在35～45 dBz之间,并非回波越强闪电越多.闪电主要发生在40～50 dBz之间,且明显向强回波区趋近,这对我们利用雷达回波预警闪电落区具有一定的参考意义.