气象卫星资料同化的科学问题与前景

从数值天气预报资料同化的角度,分析了气象卫星观测与常规气象观测的不同特点形成了卫星资料同化的特殊科学问题.由于各类星载遥感仪器所观测到的是一定波长的电磁辐射,不能像传统的直接观测资料一样被预报模式直接应用.又由于卫星观测对象是整个大气层,而不是特定高度的大气,因此确定卫星观测影响的高度和它的潜在垂直分辨率成为一个关键问题.卫星观测还可能存在着系统性的偏差,这与直接观测的误差互相独立也有很大区别.资料同化通常建立在模式预报(即背景信息)与观测量的比较的基础上,为了实现同化,需要将模式的基本大气变量转换成星载仪器所获得的特定波长的电磁波特征量,或者将观测到的电磁辐射特征量反算成大气的特征量.前者需要引入复杂的观测算子,后者则将复杂的反演过程交给了前处理阶段.这就形成了直接与间接同化卫星资料的两种不同策略,策略的选择取决于同化系统处理复杂观测资料的能力,对同化效果有决定性的影响.逐个分析了目前用于数值预报的5种卫星观测资料,即星载大气垂直探测器资料、大气运动矢量资料、散射仪海面风资料、卫星观测的云与降水信息资料与GPS掩星观测资料的同化的进展与有待解决的主要问题,概述了中国近年在大气垂直探测器等卫星资料同化中的研究进展及其业务应用的效果,并提出了今后需要予以特别关注的研究方向.     

第2次青藏高原大气科学试验(1994～2000)──青藏高原地-气系统物理过程及其对全球气候和中国灾害性天气影响的观测和理论研究

高原地势高耸、地形复杂,称为“世界屋脊”。青藏高原对东业及全球大气环流的影响是举世瞩目的。青藏高原近地面层及边界层大气物理参数的观测研究与任何地点的观测研究相比,难度更大,而且意义十分重要。１９９８年５～８月ＴＩＰＥＸ现场观测试验在“世界屋脊”青藏高原选择了具有代表性３个基地（当雄,昌都,改则）,第１次采用边界层综合探测系统,首次取得了一批有价值的高原边界层物理数据,并建立系统的高原边界层综合数据库。采用这些新的观测资料,结合环境大气综合观测资料（包括卫星遥感等信息）,在观测研究、理论研究及模式…     

CYGNSS海表风场观测数据验证及其可能的应用

海表面风场可以用于获取许多大气和海洋现象的信号,高质量、高时空分辨率的海表面风场数据产品将有利于海洋-大气动力过程的研究.本文使用全球热带系泊浮标阵列计划（Global Tropical Moored Array Programs）的锚定浮标风场数据和西沙通量塔气象观测资料验证了Cyclone Global Navigation Satellite System （CYGNSS）的35°N~35°S海面遥感风场观测数据.结果表明,CYGNSS海表面风场与实测资料存在着2.17 m/s左右的平均均方根误差（RMSD）,它可能源于观测数据和卫星遥感资料的观测误差,以及两者在空间和时间上未严格匹配而引起的代表性误差.另外,CYGNSS海表面风速的时间演变与实测资料非常一致,展现了CYGNSS在研究海洋-大气能量和动量交换过程方面的潜在应用价值.本文使用Madden-Julian Oscillation （MJO）和赤道东部印度洋上升流事件作为两个个例,说明了CYGNSS海表面风场资料的潜在应用价值.     

基于SNO定标方法的可用于气候变化研究的卫星大气温度观测资料

日益增加的大量观测和分析研究结果表明：地球正在变暖并伴随气候系统的其它变化。但是地球变暖的幅度以及温度变化区域分布却依然不太确定,尤其是对大气的温度变化更是充满了争议。其中,资料的不确定性可能是影响地球气候变暖研究的主要原因之一。这主要是因为传统的大气观测站网比较稀疏,不同国家使用的观测仪器的差别以及城市热岛效应等其它方面的因素。因此,卫星遥感资料便成为大气温度变化观测及研究的主要依据,特别是美国NOAA 30年业务卫星所提供的微波探测资料。     

大气遥感的现状与前景

大气遥感是从六十年代初开始系统形成的新型大气探测方法。经过近二十年来的蓬勃发展,已初步成为大气科学中一个新兴的分支领域。 大气遥感的兴起是大气物理和近代科学技术结合的产物;是气象观测发展历史中辩证的螺旋式上升的一次飞跃。气象观测从古代朴素的看天象、物象,进入到定量的气象仪器观测时代,是气象科学质的飞跃。在这个时期,从地面观测中的器测项目,直到自动气     

大气探测高技术及应用研究进展

大气探测技术是支撑大气科学,特别是大气物理和大气环境学科发展的重要基础,其主要任务是发展新的探测和试验手段、原理和方法,为认识大气运动以及大气中各种物理、化学、生物过程的基本规律及其与周围环境的相互作用提供技术手段和方法。除了充分利用国内外已有的成熟技术和产品对大气科学发展提供支持外,大气探测还存在一系列科学与技术问题需要研究和开发,这也是大气探测科学与高技术的前沿。本文从强对流和降水探测技术、雷电探测技术、云特性探测技术、臭氧和气溶胶等大气成分探测技术、地基GPS观测反演大气和海洋参数、大气与环境综合探测平台六个方面综述近五年来中国科学院大气物理研究所在地面大气探测高技术研发、实验观测及相关研究领域所取得的一些主要进展,并对未来发展进行展望。     

卫星遥感结合地面观测资料对中国西北干旱区地表热力输送系数的估算

本文利用黑河野外试验 (HEIFE) 地面观测资料, 采用空气动力学方法计算了干旱区内不同下垫面的地表热力输送系数CH, 结合由美国国家海洋和大气局 (NOAA) 系列卫星遥感观测的反映地表植被特征的归一化差值植被指数 (NDVI) 资料, 经拟合得到了针对我国西北干旱区不同下垫面的CH-NDVI参数化关系式, 并对此关系式进行了合理性检验。结果表明: 对于区域尺度而言, 在缺乏用其他方法获得较准确的区域CH值的情况下, 利用卫星遥感结合地面观测资料对其估算是较为可靠的方法。     

2000年我国海洋气象学的发展展望

海洋约是陆地的2.44倍,是地球上尚未充分开发的一大领域。它被认为是新技术革命要开辟的一个具有战略意义的新领域。海洋气象学是海洋与气象的边缘学科,主要研究大气现象与海洋现象及海上作业之间相互关系、相互作用的学科。其研究范围包括海洋及巨大水域上的天气现象和天气系统、海洋与大气相互作用、海上风暴潮、海浪等等。一、海洋气象探测和资料收集海洋开发要求对海洋环境提供开发所需要的各种水文气象参数,这就需要大力开展常规海洋气象观测,特别是雷达、卫星等遥感以及飞机等探测,建立从空中、水面、水下的海洋水文气象综合监测网。(一)常规气象观测:主要发展方向是遥测仪器的推广应用和常规观测的自动化。     

大气气溶胶的卫星遥感及其在气候和环境研究中的应用

卫星遥感可以获得全球范围的大气气溶胶光学特性,目前国内外已有多颗卫星观测能够提供气溶胶特性的资料。本文综述性介绍国内外卫星遥感气溶胶特性方面的研究进展和成果,并讨论了卫星遥感资料在气候和环境研究领域中的应用。主要内容包括:极轨/静止卫星平台搭载的被动遥感传感器及其反演气溶胶特性的方法;星载激光雷达获取气溶胶光学特性的方法;国内外正在研发的新一代卫星主、被动气溶胶遥感探测器;卫星气溶胶产品在气溶胶辐射强迫、气候效应、大尺度污染输送、区域空气质量监测等研究中的应用。     

BECAPEX科学试验城市建筑群落边界层大气环境特征及其影响

20 0 1～ 2 0 0 3年在北京实施了大气边界层动力、热力、化学综合观测试验 (BECAPEX ,BeijingCityAtmosphericPollutionObservationFieldExperiment) ,获取了北京城市大气动力和大气化学三维结构图像。综合观测试验分析研究发现 ,城市区域呈非均匀次生尺度热岛分布 ,并伴随着城市次生尺度环流 ,影响了局地空气污染物分布特征。MODIS卫星遥感 地面观测资料经过变分分析 ,可发现北京城市空气污染与周边区域影响源有密切关系 ,并影响城市群落环境气候特征 ,导致该区域日照、雾日、低云量和能见度呈显著年代际变化趋势。     

南北极区冬春季节大气平流层CO次峰现象

ACE-FTS（加拿大“大气化学实验”的傅里叶变换光谱仪）和Aura-MLS（美国Aura卫星的微波临边探测器）卫星CO观测资料的分析结果显示,南北半球极区大气平流层中部,于当地冬末春初季节存在明显的CO浓度垂直分布次峰值现象。应用观测密度较大、范围覆盖较广的Aura-MLS卫星资料,通过对冬春季节极区CO浓度的季节内变化进行分析后发现,冬季来自大气中间层富含CO的空气能够逐渐下沉并进入到平流层中部,在冬末春初时节,平流层上部的CO浓度快速下降,而平流层中部的CO浓度变化则较慢,从而使大气平流层中CO浓度呈现悬球状的空间分布结构,卫星观测廓线资料分析结果则呈现出次峰值现象。相应的同化气象数据MERRA的风场资料和Aura-MLS卫星观测OH资料分析结果表明,垂直输送的减弱、水平交换的加强和OH浓度的回升可能是导致平流层上部CO浓度快速减少的原因,而在平流层中部极低的OH浓度以及极弱的水平交换使CO保持较长的化学寿命,并使这一现象得以从晚冬维持到春季。     

南北极区冬春季节大气平流层CO次峰现象

ACE-FTS(加拿大"大气化学实验"的傅里叶变换光谱仪)和Aura-MLS(美国Aura卫星的微波临边探测器)卫星CO观测资料的分析结果显示,南北半球极区大气平流层中部,于当地冬末春初季节存在明显的CO浓度垂直分布次峰值现象。应用观测密度较大、范围覆盖较广的Aura-MLS卫星资料,通过对冬春季节极区CO浓度的季节内变化进行分析后发现,冬季来自大气中间层富含CO的空气能够逐渐下沉并进入到平流层中部,在冬末春初时节,平流层上部的CO浓度快速下降,而平流层中部的CO浓度变化则较慢,从而使大气平流层中CO浓度呈现悬球状的空间分布结构,卫星观测廓线资料分析结果则呈现出次峰值现象。相应的同化气象数据MERRA的风场资料和Aura-MLS卫星观测OH资料分析结果表明,垂直输送的减弱、水平交换的加强和OH浓度的回升可能是导致平流层上部CO浓度快速减少的原因,而在平流层中部极低的OH浓度以及极弱的水平交换使CO保持较长的化学寿命,并使这一现象得以从晚冬维持到春季。     

我国大气气溶胶光学厚度的特性

卫星遥感信息中,含有大气气溶胶的影响,对于卫星遥感资料进行大气气溶胶光学厚度的大气修正是必需的。在大气环境质量评价中,大气气溶胶光学厚度可作为表达大气气溶胶含量的参数。我国迄今尚未对于大气气溶胶光学厚度进行系统的观测,鉴于此种情况,对于大气的这一重要参数,我们根据地面日射台站的能见度等气象资料,作一个初     

新书架

全球气候系统卫星遥感导论——气象卫星资料的多学科应用陈渭民等编著21世纪以来,卫星探测数据应用已经进入跨学科研究的新时代,卫星资料的应用已经成为各个学科的重要内容之一。作者基于地球环境的变化及其研究的进展,在讲授气象卫星资料多学科应用课程近20年的基础上,通过多年资料收集编写了本书。本书可供大气遥感、陆地和海洋遥感专业及相关专业的本科生、研究生以及从事遥感工作的科研人员参考使用。16开定价:84.00元     

利用MODIS多通道数据反演近海海表温度

以EOS卫星的中分辨率成像光谱仪MODIS遥感资料为数据源,以福建近岸海域为示范区,利用多通道数据算法模型进行近海海表温度卫星遥感反演试验,并根据2003-2004年福建近岸海域10个观测站点的实测海洋表面温度对反演结果进行精度检验与分析.遥感反演的海洋表面温度与现场观测的海洋表面温度绝对误差的平均值为0.75℃,标准差为0.52℃,绝对误差在1.0℃以内的样本占总样本的68%.结果表明利用MODIS多通道数据算法模型遥感反演近海海表温度能够满足海洋应用的精度要求.     

青藏高原地区大气参数的反演以及卷云对反演的影响

利用气象卫星遥感的大气和地表信息进行大气参数反演一直是人们极为关注的问题。随着遥感技术的发展,反演方法的不断改进,卫星资料无论在天气实况监视、气候研究或者作为数值预报初始场等方面正在发挥越来越大的作用。与传统的常规观测手段相比,气象卫星可以连续地提供不受地理位置     

大气遥感与卫星气象学研究的进展与回顾

大气遥感作为大气科学中的重要基础与技术支柱,是20世纪60年代以来迅速发展的一门年轻学科.中国大气科学工作者在这方面也紧密结合国家需求与国际学术前沿,从20世纪60年代开始在理论研究,技术发展与实验研究,以及在气象、环境和国防应用等多方面开展了活跃的研究与发展工作.作者主要对中国科学界在大气遥感与卫星气象学发展方面作简要回顾,并着重介绍中国科学院大气物理研究所在大气遥感的基础与方法研究方面的一些进展,以及对大气遥感发展中的作用.主要内容包括:中国大气遥感的简要发展过程、卫星气象的早期发展、卫星红外遥感的基     

近20年卫星遥感资料在我国太阳能资源评估中的应用综述

卫星遥感资料的应用是提高太阳能资源评估时空分辨率的有效手段。我国从20世纪80年代中后期开始将卫星遥感资料应用于太阳能资源(地面太阳总辐射、直接辐射和散射辐射)的计算和评估中,至今已取得较大的进展,主要表现在两个方面:(1)卫星遥感资料的直接利用(统计反演法),(2)卫星遥感资料的间接利用(物理反演法)。通过对近20余年我国在这两个方面研究成果的总结和论述,说明卫星遥感资料在太阳能资源评估应用中的优点是提供了一种自上而下的、时空分辨率较高的观测资料,可以弥补当前地面气象观测站的不足,而难点则主要在于对云和气溶胶的处理还不够完善。     

陆面研究中卫星资料反演方法的评述

卫星观测对于地球大气和下垫面之间相互作用的全球监测是非常必需的。本文评述了卫星遥感资料反演方法的现状,并对未来的发展提出了若干建议。     

《大气科学概观》介绍

近二十年来,气象学的研究领域,有很快的扩展。这种扩展,已使内容有突破学科名称的趋势。例如:研究的对象已超出了可见的大气现象;研究的问题已包含了大气物理问题以外的大气化学问题;研究的领域也扩展到地球以外的行星和卫星大气。因此,“气象学”这一学科名称,已逐渐有改用“大气科学”的趋势。从目前世界各国大学的