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.     

CRTM微波亮温模拟对地表和云参数的敏感性分析

利用快速辐射传输模式CRTM研究了微波地表发射率和微波亮温对地表参数和云参数的敏感性问题。首先利用实测的云南思茅地面和探空资料,通过CRTM正演了12个微波通道的地表发射率和亮温,与AMSR-E卫星亮温资料进行对比,分析了模拟亮温的正演误差,研究了地表参数对微波地表发射率模拟的敏感性,并重点分析了微波亮温对地表和云雨参数的敏感性。结果表明,地表参数中土壤湿度、地表温度和植被覆盖度三者对CRTM模拟亮温影响较大,而模拟微波地表发射率主要受土壤湿度和植被覆盖度的影响;有云雨存在时,降水云比非降水云的影响大。6种云中,雨云对模拟的影响最大。晴空条件下,大部分通道的正演亮温误差在3 K以内,垂直极化较水平极化误差小。低频通道比高频通道受地表参数影响大,受云雨影响小,垂直极化比水平极化更稳定。其中10.65 V通道几乎不受云雨影响,但对地表参数非常敏感。     

对气象卫星亮温的一种云、地分离方法

利用静止卫星资料，引入“最高亮温法”和“地表亮温底图”的概念，以“最高亮温法”为基础，得出“地表亮温底图”分析地表亮温分布。同时分析地表和云在两个窗区通道上的亮温差异以此为基础，提出一种实现云地分离的方法，所得结果对定量化分析云高及云的分类识别有积极的意义。     

应用气象学报第14卷总目次

第 1期论　著用MODIS遥感资料分析四川盆地气溶胶光学厚度时空分布特征　　　………………………………　　李成才　毛节泰　刘启汉　 ( 1 )……………………………………………………………………用星载先进微波探测器 (AMSU)资料开展区域地表洪涝分类监测　　　……………………………　　谷松岩　邱　红　冉茂农等　 ( 8)…………………………………………………………………双多普勒雷达风场反演误差和资料的质量控制刘黎平　张沛源　梁海河等　 ( 1 7)…………………双线偏振多普勒雷达测量精度的理论分析丁青兰　刘黎平　葛润生等…     

AMSU资料监测新疆雪盖范围的初步应用

分析了沙漠、森林、草原、平原、高原地区以及水体、积雪等主要地表特征在NOAA-16 AMSU(Advanced Microwave Sounding Unit)对地观测最为敏感的23．8、31．4和89．0GHz通道中的光谱特性,提出了利用这3个通道监测中国新疆地区雪盖范围的方法,并得到了2001年10月到2002年3月新疆地区的旬雪盖图。AMSU监测结果与地面观测记录“点对点”的对比验证结果表明：绝大多数时间段的判识准确率在70％以上,雪盖率的变化趋势与地面观测结果也基本一致,从而确认了监测方法的可靠性及AMSU资料用于积雪监测的能力。另外,简单分析了影响AMSU监测精度的因素,并指出了需要解决的几点问题。     

台风"杜鹃"的AMSU卫星微波探测资料分析

由于微波具有穿透云的能力,AMSU卫星探测资料得到了越来越广泛的应用。利用AMSU多个通道的资料,对2003年台风“杜鹃”过程进行了分析。通过比较AMSU-B（89GHz和150GHz）与GOES-9的台风结构图像可以发现微波具有较强的垂直探测能力;在AMSU-B的5个通道中,通道2（Ch2）亮温值的大小能够最好地反映热带气旋螺旋雨带冰晶层的深厚程度,从而判定螺旋雨带的强度;Ch2的亮温分布与雷达的强降水回波有较好的对应关系;利用AMSU-A温度反演资料能够清晰地揭示热带气旋的暖心结构、地面风速和中心气压与250hPa温度距平的关系,以及强降水的落区等。结果表明：AMSU资料作为一种新的卫星微波探测资料,在热带气旋的结构、螺旋雨带的强度及其降水强度的分析预报中具有一定的应用价值。     

一次锋面气旋云系中强对流云团的识别

利用NOAA-16/AMSU-B微波亮温资料和GOES-9光学遥感资料对2004年6月16日一次锋面气旋云系中的强对流云团进行识别, 尝试了NOAA-16/AM SU-B微波两窗区通道亮温、3个微波水汽通道间亮温差, GOES-9红外亮温阈值、水汽和红外通道亮温差、红外和水汽通道亮温多光谱逐个修改聚类等方法, 通过比较各种方法的识别结果, 分析各种识别技术的特点, 同时采用地面常规观测资料进行叠加, 对识别方法进行了验证。结果表明:微波对强对流云团均能较好识别, 但89 GHz通道亮温受地表影响较大, 不能很好剔除过冷水体, 150 GHz通道亮温与微波水汽通道间亮温差的识别结果较一致, 3个微波水汽通道间亮温差对阈值的依赖性相对较小; GOES-9红外亮温阈值因其随时空变化对识别结果会造成较大差别, 而水汽和红外通道亮温差对强对流云团能进行较好定位, 但识别范围较小, 多光谱逐个修改聚类方法对积雨云的识别效果较好, 且和NOAA-16/AMSU-B识别结果有较好的对应关系; 地面常规观测资料的叠加结果也说明, 多波段遥感资料对强对流云团的识别结果与当时的天气现象及积雨云状均有较好的对应关系。     

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。     

ATOVS辐射率资料的直接变分同化试验研究

文中采用增量三维变分 ( 3D Var)同化方法 ,对先进的微波探测装置 (AMSU A)探测的辐射亮温资料与常规探空资料在MM5中尺度数值预报模式中的直接同化和预报进行对比试验研究。结果表明 ,同化AMSU A辐射亮温资料对中高层温度分析场的影响最明显 ,对MM5模式的温度和水汽混合比预报有总体上的正效应 ,但对降水预报的改善作用不大     

利用AMSU分析热带气旋结构特征

搭载在美国新一代极轨业务系列气象卫星上的先进的微波探测器 (Advanced Microwave Sounding Unit , AMSU) 提供了对于大气中温度、湿度以及云雨分布特征的探测能力。 研究选择 2003 年发生在西北太平洋上的多个热带气旋个例, 利用 NOAA16/17 卫星的 AMSU 数据分析热带气旋热力及云雨结构特征, 结果显示: 热带气旋中心的增暖在 AMSU-A 微波温度观测表现显著, 特别是在对流层上层通道尤其明显; AMSU 观测热带气旋中心增暖与强度相关性统计分析显示, 两者相关性达 0.778; AMSU-B 高频通道可以揭示热带气旋的云雨结构分布和对流发展旺盛情况, 分析显示热带气旋云雨结构变化与气旋强度密切相关, 气旋强度滞后于系统对流过程的发展 。     

Remote sensing land surface wetness by use of TRMM/TMI microwave data

Summary The water cycle analysis is the most important part of the GEWEX project. In the water cycle analysis, the land surface wetness information plays an important role. TRMM/TMI is a new kind of microwave image unit, and has great potential application in land characteristics analysis, especially in remote sensing of land surface wetness information and the monitoring of flood and drought situations. In this study, the wetness index analysis method was used to analysis surface wetness during the summer of 1998 over Boyang and Tongting lake area in China, and we retrieved the land surface emissivity over the same area to estimate the land surface wetness. To accomplish this, we have first studied the TRMM/TMI forward characteristics. By using the VIDSORT model, we developed wetness indexes BWI by combining three window channels of TRMM/TMI. According to our analysis results, the wetness BWI10 are better than the other indexes. So we use the best wetness indexes (BWI10) sensitive to the land surface wetness changes to do our flood classification and monitoring. In our calibration/validation test, the data from the China L-SAR (located on an airplane) and the Canadian Radar-SAR aboard on the Radarsat were used. At the same time we also have tried to retrieve the surface microwave emissivity from the TMI data. We use the emissivity product to estimate the land surface wetness, and we also got a good result. Future work will focus on investigating possible improvements to the algorithm and extending the testing of the algorithm to other regions. Received October 10, 2001 Revised December 18, 2001     

Development and initial assessment of a new land index for microwave humidity sounder cloud detection

This paper describes a new quality control (QC) scheme for microwave humidity sounder (MHS) data assimilation. It consists of a cloud detection step and an O–B (i.e., differences of brightness temperatures between observations and model simulations) check. Over ocean, cloud detection can be carried out based on two MHS window channels and two Advanced Microwave Sounding Unit-A (AMSU-A) window channels, which can be used for obtaining cloud ice water path (IWP) and liquid water path (LWP), respectively. Over land, cloud detection of microwave data becomes much more challenging due to a much larger emission contribution from land surface than that from cloud. The current MHS cloud detection over land employs an O–B based method, which could fail to identify cloudy radiances when there is mismatch between actual clouds and model clouds. In this study, a new MHS observation based index is developed for identifying MHS cloudy radiances over land. The new land index for cloud detection exploits the large variability of brightness temperature observations among MHS channels over different clouds. It is shown that those MHS cloudy radiances that were otherwise missed by the current O–B based QC method can be successfully identified by the new land index. An O–B check can then be employed to the remaining data after cloud detection to remove additional outliers with model simulations deviated greatly from observations. It is shown that MHS channel correlations are significantly reduced by the newly proposed QC scheme.     

用TRMM卫星微波成像仪资料遥感地面洪涝的研究

文中阐述了用热带降雨测量卫星 (TRMM )微波成像仪 (TMI)监测地面洪涝灾害的能力 ,并利用动态聚类、土壤湿度指数、极化亮温差指数、极化亮温比指数等 4种基于TMI亮温资料的方法遥感了 1998年夏季中国江淮流域的洪涝灾害。通过与机载雷达图像、星载雷达图像以及基于地面日降雨量资料的Z 指数方法确定的地面洪涝情况的对比 ,结果表明用TMI亮温资料监测地面洪涝灾害是可行的 ,遥感结果也是比较满意的     

SATELLITE MICROWAVE REMOTE SENSING OF FLOODING

The ability of the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) Microwave Imager (TMI) for flooding and soil wetness detection has been demonstrated in this study.On the basis of TMI measurements,four methods,the classification method,the soil wetness index (SWI) method. the polarization difference index (PDI) method,and the polarization ratio index (PRI) method, were brought out to monitor flooding and study soil wetness in the Changjiang and Huaihe River Basins during the summer 1998.Compared with the images provided by L-band Synthetic Aperture Radar (L-SAR) and Radar Satellite (Radarsat) and the figures derived from daily rainfall data based on the Z-index method,the detection of flooding and soil wetness by TMI was proved to be feasible.     

基于亮温通道变率的FY-3C微波湿度计陆地云检测新方法

云检测是卫星资料同化的重要前处理步骤,无论是晴空资料同化还是有云资料同化,都需要准确地区分有云和晴空资料。由于陆地地表发射率的多变性和微波能穿透部分云类的特点,微波湿度计资料在陆地上空的云检测研究一直是难点。利用快速辐射传输模式（CRTM）分析了不同云类条件下FY-3C微波湿度计（MWHS-Ⅱ）各通道亮温的通道间变率特征,根据MWHS-Ⅱ亮温通道间变率随云高以及云中液态水含量的增大而减小的特点,提出了一个基于亮温通道变率的MWHS-Ⅱ陆地资料云检测方法。与已有的云产品比较结果表明:新的云检测算法能有效地剔除大部分受云影响的资料,剔除后的晴空资料观测和模拟偏差更好地符合高斯分布。新方法对过冷水云、冰云、重叠云的检测能力较强,正确检测率可以达到80%,对卷云以及高度较低的水云的检测能力相对较弱。新方法能有效利用MWHS-Ⅱ观测资料自身完成云检测,在MWHS-Ⅱ资料同化中有很好的应用前景。      

AMSU微波探测资料同化的质量控制方法概述

微波相比红外、可见光等卫星探测方式有能够穿透薄云的优点,同化微波探测资料能明显改进数值预报模式初始场。由于观测算子在云、降水粒子及性质复杂下垫面等因素影响下模拟辐射传输过程不准确,以及资料的观测误差较大等原因,实际同化应用时必须对微波探测资料加以认真筛选。为充分发挥探测资料作用并保证同化分析效果,在同化AMSU微波探测的研究中,很多机构和学者建立了散射指数、降水检测等质量控制方法,用来剔除观测算子不能准确模拟的观测。研究表明,资料同化过程中引入质量控制能起到改善同化效果,提高数值天气预报准确率的作用。但是,对于各种质量控制方法的原理和使用条件目前尚无完整的分析,使得各业务研究单位使用的质量控制方案差别较大。文章针对AMSU微波探测资料同化,在分析同化误差来源的基础上,总结了散射指数、降水概率、下垫面类型检测等质量控制方法,并简单讨论了质量控制的发展方向。     

FY-3A陆表温度反演及高温天气过程动态监测

采用FY-3A/VIRR数据,利用Becker局地分裂窗改进算法反演得到逐日陆表温度 (LST), 对2009年一次高温天气过程进行动态监测, 并分析不同下垫面的热环境变化。结果显示:此过程中可见光红外扫描辐射计 (VIRR) 陆表温度产品在敦煌辐射校正场地两次验证的误差为-0.17 K和1.77 K,与同时间过境的MODIS产品均方根误差为2.64 K,直方图对比陆表温度的频数分布基本一致;对高温天气过程监测发现,此次出现以华北的石家庄、郑州、北京等地和西北地区东部的西安等地为中心的两个陆表温度高值区, 部分地区达到了320.2 K以上;城市剖面资料证实城市热岛现象存在,并发现工矿用地的热岛效应不容忽视,主要是大面积的工矿用地周围植被破坏严重,地表增温更为显著。     

用Palmer湿润指数作西北地区东部冬小麦旱涝评估

根据Palmer气象干旱指数 (PDSI) 的中间量Palmer湿润指数原理, 计算了西北地区东部冬小麦农气观测站延安、咸阳等多个站点1961—2000年逐月Palmer湿润指数, 对各站点的冬小麦不同发育期的旱涝情况做了初步的验证和应用。Palmer湿润指数与Z指数对比结果表明:Palmer湿润指数对农作物旱情分析更具有客观性, 分析结果更符合实际情况, 因而可以作为我国西北地区东部农作物旱涝的评估工具。     

江西省旱涝动态监测指标的设计

从地面水份平衡原理出发,在分析地面降水承载力和地面水份含量变化特征的基础上,讨论了湿润地区旱涝灾害的形成机制。运用WMO推荐的异常度指标和Bhalme－Mooley湿润度指标的基本原理,设计了一个洪涝灾害的动态监测指标。通过对地面水份含量变化特征方程的简化处理,设计了一个干旱动态监测指标。在实际业务工作中,这一旱涝动态监测指标能较好地反映旱涝灾害的发生、发展和解除过程。