利用太阳光度计反演大气柱水汽总量方法研究

应用天津大气边界层观测站的CE318型太阳光度计五个波段(440,670,870,936和1020nm)的太阳辐射观测资料,以及MODTRAN3.7辐射传输模式模拟的大气斜程水汽量与CE318太阳光度计936 nm通道水汽透过率的关系函数,研究了反演大气柱水汽总量的方法。结果表明:在大气处于相对不变的状态下,瞬态法和改进的Langley法在反演大气柱水汽总量时其结果的相关系数高于0.97;但在大气状态处于多变时,瞬态法优于改进的Langley法。     

利用太阳光度计反演郑州地区水汽含量

利用CE-318型太阳光度计936 nm波段的太阳辐射观测资料,采用改进的Langley法反演了郑州地区大气柱水汽含量,并分析了大气柱水汽含量与地面水汽压之间的关系。结果表明:郑州地区大气柱水汽含量的季节变化:夏季>秋季>春季>冬季,日变化为早晚低,中午高;郑州地区大气柱水汽含量与地面水汽压之间存在着良好的线性关系。     

利用FY-3A近红外资料反演水汽总量

该文介绍了利用搭载在FY-3A卫星上的中分辨率光谱成像仪 (MERSI) 的近红外 (NIR) 通道反演大气水汽总量 (PWV) 的方法。根据预先建立的查找表,大气水汽总量可以通过水汽通道与窗区通道的卫星测值相比反演得到。对MERSI近红外水汽通道灵敏度进行估算,结果表明:处于吸收带两翼的905 nm和980 nm通道对不同水汽量的敏感性表现比较接近,对较大水汽含量最为敏感;当水汽较弱时,强吸收的940 nm通道非常敏感。基于这3个通道对水汽含量敏感性的不同表现,采用3个通道水汽总量的加权平均值作为PWV产品的最终反演值。文中设计了水汽总量业务算法反演流程,并基于FY-3A/MERSI最新观测资料进行晴空大气水汽总量的业务处理生成试验,顺利生成MERSI单轨道水汽总量产品及日拼图中国区域产品和全球产品,同时生成多天合成产品,产品反映出MERSI具有较好的近红外水汽探测能力。将卫星反演结果与探空数据进行初步比对检验,显示卫星反演值有20%~30%系统性偏低,需要进一步改进反演查找表。     

一种利用天空辐射计反演大气总水汽量的算法研究

传统计算大气总水汽量是利用改进的Langley方法,通过准确测定传感器的光谱响应函数结合辐射传输方程模拟大气中水汽透射比并反演总水汽量。而本文提出了一种根据天空辐射计940 nm通道的太阳直接辐射资料反演晴空条件下大气柱总水汽量的算法,该算法直接根据天空辐射计的观测数据估算了描述大气中水汽透射比的参数(a和b),而不依赖于光谱响应函数的精确测量;反演得到的a和b值包含了观测站温度、气压和湿度垂直廓线的季节变化等信息,不受模式模拟误差的影响。利用2009年3-8月兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)天空辐射计资料,用该算法获得了观测时期内大气总水汽量,然后利用同期探空资料反演的水汽量验证天空辐射计反演和微波辐射仪观测的水汽量。结果表明,这两种方法得到的水汽总量都是可靠的。天空辐射计与微波辐射仪、CE318型太阳光度计的反演水汽量表现出较好的一致性,拟合斜率值分别为1.03和1.64,相关系数均0.95,相对误差在2.1%~11.3%范围内。该算法可广泛应用于东亚地区天空辐射计网(SKYNET)对总水汽量的反演。     

应用全球定位系统、太阳光度计和探空仪探测大气水汽总量的对比分析

介绍了应用全球定位系统(GPS)和太阳光度计估算大气水汽总量的方法。大气中的水汽会对GPS信号的传播造成显著的影响,故可以利用GPS观测估算水汽总量或可降水量(PW);在近红外940 nm波段,水汽对太阳直射辐射的吸收作用会直接影响到太阳光度计观测的信号,利用水汽吸收透过率与水汽量的关系,应用太阳光度计的辐射观测资料也可以反演出无云情况下的水汽总量。将锡林浩特观象台2008年5—7月的GPS、CE-318型太阳光度计和探空仪3种观测的水汽量进行了比较,三者对水汽量的变化趋势描述较为吻合,相关系数在0.88以上,说明GPS和太阳光度计都能捕捉到大气中的水汽变化信息;但在水汽量的具体数值上存在差异。统计分析表明:相对于探空来说,GPS-PW稍高于探空值约0.18 g/cm2,太阳光度计PW值则低于探空。太阳光度计便于携带,观测简便;GPS可全天观测无需标定,利用GPS-PW对太阳光度计反演中的模拟参数进行校正是一种可行的方法。     

从全波段太阳直射辐射确定大气气溶胶光学厚度 II：实验研究

本文通过比较太阳直射表和太阳光度计探测的大气柱气溶胶光学厚度，分析了从太阳直射表探测的全波段太阳直射光强信息确定大气柱气溶胶光学厚度的误差，并应用北京观象台的太阳直射表观测资料，反演得到了 1990—1993年北京大气柱气溶胶光学厚度，分析了该光学厚度月与年变化规律以及1991年菲律宾皮纳图博火山爆发对北京大气气溶胶含量的影响。本文还提出了关于有效水汽含量的一个经验关系式，用于确定水汽对太阳辐射的吸收率。     

利用太阳辐射计940nm通道反演大气柱水汽总量

利用太阳辐射计CE318近红外940nm水汽吸收通道和临近窗区道反演大气柱水汽总量，由于大气在940nm附近有水汽吸收。该通道不能采用通常Langley法处理，而采用改进的Langley法。利用MODTRAN3．7模式模拟出太阳辐射940nm通道透过率与水汽量关系常数，考虑了通道的光谱响应函数和不同大气模式的影响，模拟结果表明穿通道（小于10nm)上述关系常数受大气模式影响不大。总消光剔除气溶胶和分子散射，就得出水汽的透过率，从透过率反演水汽量。处理了敦煌和青海湖辐射校正场1999年7月场大气特征测量兼FY－1C辐射定标期间的数据，反演的平均水汽量与探空水汽积分比较，差异在12％以内。还计算出一天中不同时刻的水汽量，给出了同步观测6天卫星过顶前后15min平均水汽量，该水汽量用于FY－1C卫星遥感器辐射定标时辐射传输模式输入参数。结果表明太阳辐射计是一种便携有效测量水汽量仪器。     

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。     

CE318太阳光度计基本结构与安装使用

CE31 8自动跟踪太阳光度计是由法国CIMEL公司研制生产、用于气溶胶光学特性和大气质量监测的自动测量仪器 ,它不仅能自动跟踪太阳作太阳直射辐射测量 ,而且可以进行太阳等高度角天空扫描、太阳主平面扫描和极化通道天空扫描。CE31 8能自动存储测量数据 ,并可自动传输到计算机保存及发送。 CE31 8测得的直射太阳辐射数据可用来反演计算大气透过率、消光光学厚度、气溶胶光学厚度、大气水汽柱总量和臭氧总量。其天空扫描数据可以反演大气气溶胶粒子尺度谱分布及气溶胶相函数。 CE31 8可用于卫星遥感产品检验和气溶胶气候研究 ,在大气光…     

利用日晕光度计反演大气水汽含量

大气总水汽含量是天文观测和气象科学领域最为重要的参量之一.介绍云南天文台研制的新一代日晕光度计反演大气水汽含量的原理和方法,分析了新一代日晕光度计在天文选址和气象科学中的应用,给出了其在丽江高美古地区测试的结果,并和其他仪器测试结果进行了对比分析.结果表明:新一代日晕光度计反演大气水汽含量方法直观,性能稳定,能很好地应用于云南天文台的西部太阳望远镜选址及气象科学研究工作.     

洋面水汽的微波SSM/I资料反演试验

结合1987年7月华北一次降水过程，利用SSM/I微波资料反演了渤海湾洋面大气柱水汽含量。反演结果与探空资料以及天气实况的对比分析表明，洋面大气柱水汽总含量的SSM/I微波反演结果与探空观测符合得较好，而且能够较好地反映非阵性降水的空间分布和时间变化。     

冬季北太平洋多尺度水汽输送和大气河的变化特征及其与PDO和ENSO的联系

利用1950-2015年NCEP/NCAR大气再分析资料和NOAA海表面温度资料,通过回归分析和合成分析的方法研究了冬季北太平洋不同尺度水汽输送和大气河(Atmospheric River, AR)的变化特征及其与PDO、ENSO的联系。结果表明,在PDO正位相时期,时间平均的水汽输送将大量水汽从太平洋北部和中部地区输送到东北太平洋的阿拉斯加湾及北美西岸地区,同时将北太平洋副热带地区的水汽输送到热带地区;低频尺度的水汽输送主要是将水汽从北太平洋向低纬地区输送;天气尺度的水汽输送使得大量水汽在北太平洋中部风暴轴区域汇集;北太平洋AR中部和阿拉斯加及北美西岸地区的AR频率显著增强,热带太平洋AR中西部明显增强,而东部减弱并向西南方向移动延伸。在ENSO正位相时期,时间平均的水汽输送使得东北太平洋和热带太平洋地区降水异常增多;低频尺度的水汽输送导致北美西岸易发生极端降水事件;天气尺度的水汽输送与北太平洋风暴轴活动密切相关;北太平洋AR中西部有所减弱,但在其东部的北美西岸地区AR频率明显增强,热带太平洋AR中部地区显著增强,而在其东南部则明显减弱。PDO和ENSO处于不同位相下时对AR的影响表现出一定的非对称性,其中PDO对北太平洋AR的影响起主导作用,而ENSO对热带太平洋AR的影响起主导作用。     

卫星云图在海岸带大雾天气监测及预警中的应用

利用2005-2010年卫星云图FY-2E、海岸带一海区出现的28次大雾天气资料和2008-2010年海岛站资料,依据大气状态方程、热力学原理,在MICAPS3．0系统下,应用云图与同步探空、地面雾区叠加图、温度场逆温层剖面及TBB值与海面温度比较,估算雾区面积、高度及秋、冬季雾区温度垂直递减率。结果表明：在环渤海地区特定的环流背景下,红外云图和可见光云图监测到的雾区分别在大连、烟台及天津一带由轻雾转为大雾,沿海岸带向北发生发展,雾区垂直厚度为400-600m,递减率为0．02-0．04℃／100m,渤海东西向温度差值为1q℃,南北向为3-5℃;辐射雾对应弱高压均压场,平流雾对应弱低压均压场;低云覆盖雾区浓雾加重,轻雾被低云叠加使得能见度降低;平流雾被锋面抬升后混合到低空水汽输送带之中,对后期降雪（水）具有指示作用。在2009-2010年海区一海岸带大雾天气预报及预警信号升级应用中效益显著,可为海岸带大雾预报因子选取及预报监测业务流程的改进提供参考。     

六盘山区夏秋季大气水汽和液态水特征初步分析

六盘山区是中国典型的农牧交错带和生态脆弱带,也是黄土高原重要的水源涵养地、生态保护区及国家级扶贫开发区。利用2017年6-11月隆德气象站地基多通道微波辐射计资料,结合同期平凉探空站及隆德地面降水等观测资料,分析了六盘山区夏秋季大气水汽、液态水变化特征。结果表明：六盘山区夏秋季在降水天气背景下,大气水汽含量和液态水含量均较高,分别为无降水天气背景下的1.4倍和7.0倍;降水天气背景下水汽在5000 m以下有明显的增加,且在此高度范围内的水汽密度随高度的递减率比无降水天气背景下明显偏小;各高度层的液态水相比无降水天气背景下均有明显增大,除6月外,主峰值均出现在0℃层高度层以下。六盘山区夏秋季各月中,6-9月。大气水汽含量高值区均出现在正午到傍晚时段,低值区均出现在日出前后;液态水含量在日出前、午后及傍晚分别出现峰值,最明显的峰值出现在午后。对一次对流性降水天气过程分析后发现,降水发生前40 min大气水汽含量和液态水含量出现两次明显的跃增,水汽向上输送不断加强,2500-7500 m高度的相对湿度明显增大。     

广东沿岸海雾决策树预报模型

利用汕头、珠海和湛江地面观测站2000-2008年1-5月的海雾历史观测资料和NCEP/NCAR FNL再分析资料,采用分类与回归树(CART)方法对海雾及其生成前24 h的海洋气象条件进行分类分析,建立了海雾决策树预报模型;并根据现有的海雾理论认识,对海雾预报规则包含的物理意义进行讨论.10次交叉检验的结果表明:采用...     

印度洋海温异常年际变率模态对中国东部地区夏季降水影响机制的数值试验

利用ECHAM5全球大气环流模式研究了印度洋海温异常年际变率模态从冬至夏的演变对我国东部地区夏季降水影响的机制。观测资料研究表明:对于正的印度洋海温异常年际变率模态,春、夏季热带印度洋和澳大利亚以西洋面(东极子)均为水汽的异常源区,向马达加斯加以东南洋面(西极子)及印度洋邻近大陆提供水汽。夏季,印度洋地区南极涛动、马斯克林高压加强;而印度季风低压和南亚高压均减弱,对应于印度夏季风减弱。夏季印度洋地区正压性的纬向风异常经向遥相关使热带印度洋地区出现西风异常,导致海洋性大陆地区对流活动减弱,而菲律宾海地区对流活动加强,进而导致西太平洋副热带高压偏弱、位置偏东北。对于负的印度洋海温异常年际变率模态,则反之。模式结果基本支持了已有的观测资料诊断结果。     

渤海西岸致灾风暴潮的统计预报模型

渤海西岸是风暴潮灾害多发区,1990年代以后发生几率和灾害损失明显增加。利用气象科学和海洋水文科学相结合的方法,依据黄骅港潮汐资料,对发生在渤海西岸的风暴潮进行统计分析。结果表明,台风和强冷空气配合气旋是造成渤海西岸风暴潮的主要天气系统,偏东大风增水和天文潮叠加是造成风暴潮的直接因素;风暴潮和天文潮汐都有半日潮现象。在此基础上,建立了渤海西岸风暴潮预报模型,通过台风或冷空气配合气旋影响时增水值的计算,结合天文潮汐资料,做出最高潮位预报。应用该预报方法对渤海西岸发生的7次风暴潮进行回报,预报值与实测值基本相当,是基层台站较实用的预报方法。     

四川盆地夏季降水年际变化的主模态分析

利用1979～2018年四川盆地134站夏季降水观测资料、ERA-Interim再分析资料以及英国气象局哈德莱中心的海表温度及海冰资料,对比分析了四川盆地夏季降水异常主模态及其同期大气环流和前期海温海冰演变特征的差异,以探讨其形成机制及前期预测信号。结果表明:四川盆地夏季降水存在两类优势空间模态:全区一致型和东西反相型,在20世纪80年代多出现东西反相型,90年代到21世纪初以一致型为主,进入21世纪10年代后又多表现为东西反相型。不同模态所对应的大气环流和海温海冰的演变具有明显差异,全区一致型降水分布受低纬系统影响显著,在500 hPa高度场上主要表现为西太平洋副热带高压的位置及强度异常;850 hPa风场为辐合或辐散特征,受到来自孟加拉湾、南海、西太平洋三条水汽通道的共同影响,其中与南海水汽通道的相关性最高,一致型降水多/少年水汽在盆地区域南北边界为同收/同支;环流可能受到前期ENSO事件衰减的显著影响。东西反相型降水分布受中高纬环流的影响较大,在500 hPa高度场上的特征类似于极地欧亚型（POL）遥相关;水汽在区域南北边界为一收一支,西多东少型为南收北支,而西少东多型为北收南支,与西太平洋水汽通道关系显著;环流可能受到前期北极海冰异常的影响。