GMS-5卫星资料和常规地面资料反演大气可降水量

探讨用GMS-5卫星资料结合常规地面资料反演大气可降水量的可行性，建立由3个通道亮温和地面水汽压反演可降水量的经验公式，并分季节进行回归统计，得到不同季节的统计参数。用990组数据对所得到的经验公式进行检验，得探空测值与反演值比较的平均绝对误差为0．1903g／cm^2，均方根误差为0．2758g／cm^2，相关系数为0．97，具有较高的反演精度。     

七通道微波辐射计遥感大气温度廓线的性能分析

文中首先分析了大气参数分布的垂直分辨率对模拟七通道微波温度探测器各通道亮温的影响,通过对比计算表明,大气参数的垂直分辨率对微波测温通道亮温计算的影响为0．2K～0．7K;随后分析了各通道亮温测量误差对温度廓线反演性能的影响,当测量误差在0．2K～2．0K范围内变化时,反演结果的总体均方根误差为2．1K～3．1K;同时还分析了单通道缺损、单通道发生漂移及所有通道发生漂移等情况对温度廓线反演性能的影响。当仪器缺损一个通道时,对所缺通道权重函数峰值附近高度上的大气温度反演有不同程度的影响,对其他高度上的大气温度反演的影响可忽略;单通道漂移0．5K时,对反演结果的影响较小;各通道整体漂移达到1．0K时,对温度廓线反演有明显影响;最后,考虑了云雾对微波测温通道亮温的影响,数值计算表明,雾层、浓霾和卷云对各通道亮温几乎没有影响,层云和积云对50．50GHz通道亮温有明显的影响。     

从FY-4静止气象卫星估算晴空地表下行长波辐射通量的反演模式

通过红外辐射传输模拟,计算了446183条全球晴空大气廓线的地表下行长波辐射通量以及FY-4成像仪通道亮温,应用统计回归分析模拟结果,建立了通道亮温与低层大气有效辐射温度的回归关系、大气柱总可降水量与低层大气比辐射率的回归关系,依据黑体辐射定律建立了由卫星观测估算地表下行长波辐射通量的反演模式。初步地,模式应用于FY-4成像仪代理资料Meteosat-8卫星的SEVIRI（Spring Enhanced Visible and Infared Imager）仪器观测数据,估算了2006年8月1日00:00（协调世界时,下同）、06:00、12:00、18:00地理范围在（45°S～45°N,45°W～45°E）的地表下行长波辐射通量,结果与用ECMWF 6 h预报场资料经验计算的通量相比,系统均方根误差（RMS）依次为12.1、13.0、20.7、12.5 W/m2,相关系数分别为0.9256、0.9291、0.9042、0.9325,相比于GOES-R同类产品（RMS=13.7 W/m2）,这一直接把卫星通道亮温与低层大气温度相联系的反演模式,其精度性能达到了应用研究对其反演产品的质量要求。     

卫星云图降水预报系统中降水量的估算

通过对展宽卫星云图数据的处理可以得到实时和预报亮温场。由几种云顶温度与降水量间的函数关系，得出了经验反演函数Ｒ＝ｆ（Ｔ）和综合考虑了降水因子后得出的客观定量降水量公式Ｒ０＝Ｒ·ｇ（ｘ），确定了云和降水量间的反演关系。     

台风上层对流层暖异常微波观测的修正及其应用

热带气旋上层的暖异常与气旋强度密切相关。利用匹配的NOAA-16和NOAA-18上的AMSU-A从不同角度几乎同时对同一气旋的观测数据,对基于变分理论的热带气旋暖异常物理反演算法进行检验。结果表明,采用物理反演方法后可明显提高不同卫星平台上同类仪器观测的亮温异常之间的相关性,即显著地减小了水平分辨率因素对亮温异常观测的影响。对实测数据的分析表明,不同平台上通道8(55.5 GHz)观测的亮温异常之间的相关性大于通道7(54.94 GHz)。为了选择更优的亮温异常观测通道,利用2002-2003年西北太平洋区域的344对匹配数据,分别建立了AMSU-A的通道7、8反演的亮温异常与日本气象厅提供的最佳路径数据中的MSLP(最低海平面气压)之间的统计关系,再利用2004年的229对匹配数据对算式进行了检验,对检验结果进行了比较表明,对于独立的检验数据,采用通道8所得结果的均方根误差比采用通道7时相对减小25%。      

应用GMS5多通道云图估计降水技术的研究

对近两年来5～8月中国东部地区120多个测站雨量观测资料和对应4400多幅GMS-5四个通道云图的研究发现：红外亮温的时间、空间变率、红外和水汽通道亮温差等云图衍生资料对消除卷云，弥补夜间缺少可见光云图的不足起到明显作用。从而，应用双判据双重MOS多元回归法建立四通道云图因子、衍生因子与降水量之间的回归方程，进行6小时分级降水估计。为了进一步消除厚卷云和特殊地形的影响，提出使用逐日实时资料自动建立多元回归方程估计降水量，从而对双判据双重MOS多元回归法估计结果进行校正。上海中心气象台的业务使用表明，总体估计的准确率达70％左右。     

卫星估计降水量产品的优化处理及分区检验

经检验发现,由国家卫星气象中心反演并投入业务使用的GMS-5卫星红外估计降水量产品性能在我国存在一定的区域差异。利用实测雨量对卫星估计降水量产品进行优化处理,结果显示优化后的卫星估计降水量在全国各气候分区都有不同程度的改善。     

FY-2和GMS-5红外通道遥感图像质量的功率谱分析

根据遥感图像功率谱的性质,对比分析了FY-2和GMS-5扫描辐射计红外通道的图像质量。计算结果表明,FY-2红外通道遥感图像功率谱各分量之和不高于GMS-5红外A通道遥感图像的功率谱各分量之和。数值模拟试验的结果表明,FY-2红外通道的图像质量大体上与GMS-5红外A通道的图像质量相当。     

利用地基多通道微波辐射计遥感反演华北持续性大雾天气温、湿度廓线的检验研究

地基多通道微波辐射计可提供高时间分辨率的大气温、湿度和液态水含量廓线遥感探测数据,为大气层结及云雾形成和演变特征研究提供了重要手段,但对其观测数据的可靠性检验研究很少。本研究在对比晴空MonoRTM模拟亮温和微波辐射计观测亮温的基础上,利用华北地区2009—2013年11个雾天气过程的170个时次(其中30个为雾发生时次)的探空数据,检验了美国Radiometrics 35通道MP-3000A型微波辐射计(Microwave Radiometer Profiles,MWRP)探测的温度、水汽密度和相对湿度数据,并结合系留气艇和CloudSat云雷达等观测资料,检验了典型雾个例的MWRP反演的温、湿度廓线数据。与探空数据的比较表明,两者的温度(T)数据的相关系数超过0.98,水汽密度(ρ)的相关系数超过0.95,但相对湿度(RH)的相关系数只有0.67左右。总样本误差分析中MWRP反演的T比探空偏低约3℃,ρ的均方根误差(E)在1 g/m~3以内,RH在1—7 km高度偏大,总样本RH垂直平均E在18%左右,雾天时的RH垂直平均E在23%左右。与系留气艇观测数据比较表明,MWRP反演的T也偏低,但两种探测方式的T和RH在指示雾的发展演变过程中具有很好的一致性。CloudSat云雷达数据验证了MWRP反演显示中高层出现高RH区与云的存在有关。     

利用940 nm卫星遥感数据反演大气水汽的方法比较与应用分析

基于940nm近红外水汽吸收带及两侧窗区通道探测大气水汽总量是自20世纪80年代兴起的卫星遥感大气水汽方法,这一方法主要利用差分吸收概念反演柱水汽总量。文章分析比较了不同反演算法各自特点和存在问题,同时针对我国不同的卫星数据进行了多次水汽反演试验,最好结果的误差为0.04g/cm2,这为FY-3气象卫星中分辨率光谱成像仪陆地大气可降水业务产品算法的开发打下了坚实基础。     

A STUDY ON THE RELATIONSHIP BETWEEN GMS-5 INFRARED DATA AND PRECIPITATION SOUNDED BY TRMM/PR*

To study the possibility of improving the precision of retrieving precipitation through GMS-5 infrared data,the relationship between the data of GMS-5 infrared channel l(IRl) and precipitation sounded by TRMM/PR was carefully studied through some cases gathered during the HUBEX 1998.First of all,the relationship between the brightness temperature(Tb) and PR-sounded near-surface rainfall rate(NSRR) was studied.Then,as PR can sound the inner structure of rainfall area.a unique advantage of this new instrument,the relationship between Tb and PR-sounded rainfall rate in each layer was also studied.Still,as PR can tell the rain type,those relationships were studied again according to the different types of precipitation(i.e.convective and stratiform).After comparing these outcomes with those from other references,it can be concluded that the relationship between Tb and PR-sounded rainfall rate is acceptable and it is possible to calibrate precipitation retrieved through Tb by PR data.     

A STUDY ON THE RELATIONSHIP BETWEEN GMS-5 INFRARED DATA AND PRECIPITATION SOUNDED BY TRMM/PR

To study the possibility of improving the precision of retrieving precipitation through GMS-5infrared data,the relationship between the data of GMS-5 infrared channel 1(IR1)andprecipitation sounded by TRMM/PR was carefully studied through some cases gathered during theHUBEX 1998.First of all,the relationship between the brightness temperature(Tb)and PR-sounded near-surface rainfall rate(NSRR)was studied.Then,as PR can sound the innerstructure of rainfall area.a unique advantage of this new instrument,the relationship between Tband PR-sounded rainfall rate in each layer was also studied.Still,as PR can tell the rain type,those relationships were studied again according to the different types of precipitation(i.e.convective and stratiform).After comparing these outcomes with those from other references,itcan be concluded that the relationship between Tb and PR-sounded rainfall rate is acceptable and itis possible to calibrate precipitation retrieved through Tb by PR data.     

GPS探测与FY-2反演大气可降水量对比分析

为深入了解FY-2卫星大气可降水量(PW)的反演质量,文章选取2012和2015年地基GPS水汽观测数据,与FY-2的PW反演产品进行了对比分析。结果表明:(1)北京、武汉和海口三站GPS/PW(PW_(GPS))与FY-2/PW(PW_(FY-2))在夏季存在显著正相关,三站的相关系数都达到0.67以上,夏季PW的均方根误差值、月平均偏差绝对值均小于冬季。北京与武汉站PW平均偏差和均方根误差在四季均具有明显日变化特征;(2)当PW_(GPS)20 mm时,北京、武汉、海口和拉萨站FY-2/PW与GPS/PW比较一致,PW偏差均值的绝对值和均方根误差较小,当PW_(GPS)20 mm时,PW偏差均值绝对值和均方根误差随PW_(GPS)值减小而迅速变大。FY-2的PW产品在夏季可以为大部分区域提供高时空分辨率、高精度的大气可降水量,在大气湿度非常低、冬季和夜间条件,反演结果精度有待提高。     

Retrieval of Upper Tropospheric Relative Humidity by the GMS-5 Water Vapor Channel： A Study of the Technique

This paper presents an analysis of a technique for retrieving upper tropospheric relative humidity through the GMS-5 satellite‘s 6.7-micron water vapor channel brightness temperature. NCEP analysis shows that a critical assumption of the retrieval theory, namely the constant temperature lapse rate,matches only in the tropical atmosphere. By statistical analyses of brightness temperature simulated by a radiative transfer model and of relative humidity, we examine the effect of lapse rate on this retrieval method and obtain retrieval parameters and error estimates applicable to the GMS-5 satellite over East Asia. If the retrieval parameters are properly chosen, the relative error of retrieving the upper tropospheric relative humidity in this region is less than 10%, and if applied to the low-latitude summer atmosphere, it is less than 5%.     

GMS-5反演湿度场的一维变分质量控制试验

应用一维变分方法对GMS5资料反演的相对湿度场进行了变分同化质量控制试验。首先具体分析了1998年6月12～29日的MM5模式12h预报湿度场、卫星反演湿度场和同化分析湿度场的误差统计量(误差平均值、误差自协方差矩阵、均方根误差等)。在此基础上,又应用一维变分方法对1998年7月20～30日的资料进行了同化试验,并以1998年7月21日00时(世界时)的结果为例,详细分析比较了3种湿度场。分析结果表明:MM5模式背景湿度场总体上低层偏湿,中上层偏干,各层面上的干湿区域区分明显;但往往湿区过湿,干区又偏干,均方根误差(RMSE)相对较大,各层面多在10以上,最高达到15.6。GMS5卫星反演湿度场总体与探空实测结果更接近,但整体平均看,各个层面基本上略偏湿,特别在中低层,RMSE为6.3～8.9。经过一维变分质量控制的湿度场基本接近卫星反演湿度场,但同化后的湿度场的RMSE在中低层要比卫星反演场的要小,RMSE下降了0.4～0.7,下降比率达到6%～9%;高层与卫星反演结果基本接近。对模式向前12h预报场而言,同化了卫星反演湿度场后,均方根误差值下降了1.4～9.0,下降比率达到17%～59%,同化后的湿度场与实际大气大大接近。     

单多普勒天气雷达的中尺度风场探测技术研究

利用1998年6月海峡两岸暴雨试验中收集的香港天文台的多普勒雷达资料、GMS—5红外卫星云图等资料对1998年6月9日00～11UTC的暴雨过程进行综合对比分析。分析结果表明：UW方法反演的低空风场中的中尺度流场系统的位置、移动和生消变化与雷达回波的分布及时间演变完全配合，并且与红外卫星云图有良好的对应，因此可以认为，利用UW方法能够从多普勒速度场反演出风场中的中—β以上尺度的切变线系统，为强对流天气的临近预报提供高效、实用的预警产品。     

1998年淮河试验加密观测期间大气可降水的估算及其特征分析(英)

利用GMS-5卫星红外分裂窗通道和水汽通道资料反演晴空大气的可降水分布,同时利用探空站资料和地面站资料估算云天大气的可降水分布。将这两种方法进行融合,得到淮河流域能量与水分循环试验期间全天候的大气可降水分布。结果表明,这种新的融合技术可应用于确定大尺度或全球尺度的大气可降水分布图像。揭示了江淮流域1998年梅雨盛行期大气中的水汽主要来源于西南方向。充足的大气可降水是产生地面降水的必要条件,在某些动力条件的影响下,空中的大气可降水将部分地被转化为地面降水。给出了几种主要的降水类型,分析了相应的大气可降水条件及其特征,并剖析了产生降水的大气动力条件。结果显示,地面降水中心通常并非出现在大气可降水的高值中心区域而是产生在其下风方向的某一区域。     

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.