基于气象卫星观测资料的雷电预报指标研究

本文利用风云二号静止卫星获得的红外通道观测资料相当黑体温度TBB,对南京及其周边地区2009-2010年出现的16次雷暴天气过程进行了研究。结果表明：雷暴云中心冷云顶降温率达到10°C／h,并且冷云顶亮温TBB在-33℃以下时,雷暴云中会有闪电发生;雷暴云中心冷云顶到对流云区边界的温度梯度达到0．65°C／km是雷暴得以快速发展加强重要指标;各种参数指标相互配合可以为雷电预报提供有力的理论依据。     

有云条件下HIRS/3资料的同化及其对“珍珠”台风的影响

卫星红外辐射资料汽接同化容易受到云的影响,大量卫星资料在有云情况下无法直接同化,其原因之一就是初始云结构难以获取.而云结构是同化系统观测算子的重要输入参数,缺乏云的结构信息,观测算子尤法模拟有云环境下的亮温.热带地区以及台风、暴雨等极端天气系统与云密不可分,要改进卫星辐射资料特别是红外资料直接同化的效果,需要获得较高精度的云三维结构.在GRAPES-3DVAR(Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System,全球/区域同化预报系统)基础上,结合WRF(Weather Research and Forecasting Model,天气研究和预报模式)对"珍珠"台风云结构的模拟,增加模拟的云参数作为GRAPES-3DVAR同化系统中RTTOV模式(fast radiative transfer model for TOVS,快速辐射传输模式)的输入参数,改进了有云环境下卫星资料直接同化的观测算子,研究了红外辐射资料直接同化的方法,并分析其对"珍珠"台风预报的影响.针对NOAAl6(National Oceanic and Atmospheric Administration,美国国家海洋和大气管理局)的HIRS/3(High Resolution Infrared Radiation Sounder,高分辨率红外辐射探测仪3型)第4-8、10、13 19通道辐射亮温的同化试验表明,结合初始云结构信息改进同化系统观测算子,可以将红外辎射资料的观测信息同化到模式之中,改进台风温度、湿度结构,对短时降水预报有正面影响.     

青藏高原云的气候学特征

利用国际卫星云气候计划（ＩＳＣＣＰ）获取的１９８３年７月～１９９０年６月２．５°×２．５°分辨率的云气候资料以及Ｈａｈｎ等整理的１９７１～１９８１年５°×５°分辨率地面观测云气候资料，综合分析了青藏高原地区冬季和夏季云的水平和垂直分布特征，从而为检验大气环境或气候模式的云模拟能力及进一步研究青藏高原地区云辐射相互作用对气候的影响提供背景依据。     

利用多波段分光仪观测生物有效UV辐射、臭氧总量和云的影响

该文介绍了一种利用紫外分光仪进行辐照度观测获取生物有效UV辐射、臭氧总量和云的光学厚度的方法。这些量是观测的辐照度与辐射传输计算相结合后测定的。该方法被用于具有 4个中心波长为 30 5、32 0、340和 380nm ,宽度为 10nm的 4波段分光仪。将这种仪器与高精度分光光度计在美国圣迭戈不同天气条件下进行了为期 1周的对比观测。当太阳天顶角 (SZA) <80°时 ,CIE 权重UV辐射剂量率的相对误差为 1.4± 3.2 %。晴天条件下 ,当SZA <80°时 ,相对误差为 0 .6± 1.5%。该仪器观测的辐照度推算的臭氧总量对云并不敏感。这种仪器还与Dobson和Brewer仪器在挪威奥斯陆进行了一年多的对比观测。整个观测期间 (包括有云的情况 )获得的臭氧总量相对误差为 0 .3± 2 .9%。当晴天和SZA <6 0°时 ,标准差减小到 1.9%。将仪器观测中所获得的臭氧总量和云的光学厚度输入到辐射传输模式 ,可以计算从 2 90～ 4 0 0nm分辨率为 1nm的整个光谱。这样计算的光谱与同时用高精度分光光度计观测的光谱在晴天及有云的条件下非常一致 ,所以 ,这种光谱可以用于测定任何作用光谱的辐射剂量率。而计算这种光谱只需要一个UV B通道和一个UV A通道     

利用GOES9静止卫星的PGM云图辨别雾区方法初探

本文通过GOES9静止卫星的PGM云图和沿岸地面测站的观测结果,结合2005年3月27日一次大雾个例展开研究,通过分析PGM云图在所获得的可见光云图上,确定一个最低反照率来辨别雾区;另外,试图选择1通道红外云图亮度温度值结合确定雾区和高度,并且希望以此来进行夜间雾区的监测和预报。经过选取不同最低反照率反复试验,最终确定0.13能够很好地反映雾区,而利用1通道红外云图则不能通过亮度温度TBB这一指标确定雾区。     

云区卫星微波通道亮度温度的数值模拟

目前多数资料同化系统中对卫星的观测值都是采用晴空模拟,然而用晴空辐射传输模式模拟云区卫星微波通道的辐射值会造成与观测较大的偏差,导致大量云区卫星资料被直接抛弃无法进入同化系统,因而有必要改进云区卫星辐射亮温的模拟能力,进而提高同化系统中云区卫星资料利用率。以2010年台风“圆规”、“凡比亚”和“鲇鱼”为例,基于先进的微波扫描辐射计AMSR-E观测应用一维变分算法反演台风区域的云宏观参数,包括云液水含量廓线、云冰水含量廓线和雨水含量廓线;然后,以大气温度、湿度廓线及这些反演的云参数作为快速辐射传输模式CRTM的输入参数,模拟AMSR-E各通道的辐射亮温。通过对比晴空、有云两种情况下模拟亮度温度与实际观测亮度温度间的偏差,发现增加云参数作为辅助参数、启动辐射传输的散射模块,可以有效地改进台风外围云区卫星辐射亮温的模拟效果,大幅减少模拟亮温与观测亮温间的偏差,增加了同化进数值预报系统的卫星观测数据量。      

有云环境下MODIS亮温资料的变分同化Ⅱ——对暴雨预报的影响

卫星资料提供了大量关于云和雨的观测信息,在暴雨预报中可发挥巨大的作用,然而在数值模式资料同化中的应用水平仍然不高,特别是红外辐射资料的应用。由于有云环境下辐射传输过程的模拟难度很大,因此通常只同化晴空环境下的红外辐射资料。基于GRAPES-3DVAR(Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System,全球/区域同化预报系统),根据RTTOV辐射传输模式(fast radiative transfer model for TOVS,快速辐射传输模式)的特点,增加云水含量、云冰水含量和云量作为同化系统控制变量,在改进辐射传输模式对红外资料模拟的同时,利用红外资料调整初始云参数和大气参数。针对2007年5月26日南海季风爆发后广东地区的一次暴雨过程,选取MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,中分辨成像光谱仪)传感器水汽(第27)和云顶观测(第36)通道进行了同化试验,利用WRF(Weather Research and Forecasting Model,天气研究和预报模式)进行了数值模拟,结果表明同化MODIS资料,可以改进初始场水汽和温度分布,间接调整高空风场,调整趋势符合卫星观测,对短时降水预报有正面影响。     

试用卫星云图分析作5到6月晴雨及大到暴雨预报

日本气象传真广播JMH一天三次,播发02时、08时、20时卫星云图分析图,提供了大范围的(5—55°N、100—180°E)云的各种资料,包括云区覆盖的范围、云量、云状、云高,主要云系及对灾害性天气具有指示意义的活跃对流云区。每张图还附有指导报告,指出主要云区的生消和移动。这不仅弥补了海上监视和研究热带天气系统所需资料的严重不足,而且对陆上短时晴雨预报和大到暴雨的预报也提供了直观而又较为有效的信息。本文试用云分析     

安顺市一次飑线天气过程的诊断分析

该文利用FNL再分析资料(水平分辨率1°×1°)、常规的地面观测资料、中国国家卫星中心提供的TBB资料、贵阳雷达站提供的雷达资料,针对安顺市2020年5月31日出现的飑线天气过程,进行了环流背景、物理量、数值预报检验以及雷达回波、卫星云图特征等分析。结果表明：此次强对流天气过程是由地面辐合线、高空槽、中低层的低涡切变线和低空急流共同影响造成的;不稳定层结、大的垂直风切变、适当的0 ℃层和-20 ℃层高度为当日的飑线过程提供了有利的不稳定层结条件。贵州省上空出现了大范围的高温高湿区,大值区位于贵州省的中部以南地区,并在该区域存在明显的Ω型能量锋区和湿舌,为此次贵州飑线的触发和发展提供了很好的能量条件。此次飑线过程中,普定和安顺城区雷达回波图上均出现了高反射率因子和速度大值区,飑线中的普通单体在安顺城区发展为超级单体。卫星云图上贵州省中部出现了带状云系,强对流天气发生在对流云团边缘TBB的梯度大值区。从GRAPES-3 km逐小时的预报场与实况对比来看,对此次飑线过程的位置和强度预报都很好,说明该产品对短时预报和监测都有很好的指示意义。     

红外云顶亮温在西北太平洋热带气旋强度预报中的应用

应用GMS-5气象卫星红外云顶亮温(TBB)资料,分析西北太平洋的热带气旋(TC)TBB、TBB的对称和非对称分量与滞后0—48h TC强度的相关关系。发现,TC眼墙附近东南侧的TBB、距TC中心半径0.8°—1.7°范围内TBB对称分量和1—10波振幅之和与0—48h的TC强度有很好的负相关关系,与滞后24h的TC强度相关极值分别达到-0.52,-0.59和-0.625。考虑气候持续因子、天气因子及TBB因子,针对1996—2002年西北太平洋远海区域(0°—50°N,120°—155°E)热带风暴(TS)等级以上样本,建立12,24h和48h强度预报方程并进行独立样本检验。结果表明,1.0°—1.5°环域平均的TBB对12h强度预报的方差贡献位居第4,TC东南侧TBB的平均值和1.1°—1.5°范围TBB极大与极小值之差对24h强度预报的方差贡献分列第3和第5位。考虑TBB因子的回归方程对TS和强热带风暴(STS)的强度预报能力有较大提高,对12h内强度减弱15m/s以上TC的12h预报、强度稳定TC的24h预报和强度48h增强10m/s以上TC的48h预报均有所改善。     

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。     

青藏高原夏季TBB场与水汽分布关系的初步研究

通过对比分析 1998年夏季各月青藏高原及周边地区GMSTBB及由HLAFS资料计算的湿度(T -Td、θse)和水汽通量平均场 ,指出 :TBB场展示的云区及无云或少云区可以直观地揭示出大气中湿、干区的分布 ,准纬向和准经向TBB低值带分别指示出大气中的水汽汇合区和水汽输送带。据此 ,由 17年夏季TBB总平均场分析得到 :青藏高原上空为北部较干、南部很湿 ,并且南部湿区中又是中、东部较湿和嵌入有两个湿中心区 ,西部较干 ;高原上的水汽来自孟加拉湾和阿拉伯海 ,并且主要从 85°～ 95°E一带中的某些有利地区涌上高原     

卫星遥感云分类和TBB产品在天津地区云状识别的应用分析

利用2012年4月1日至2013年7月31日地面观测资料和卫星遥感云分类、相当黑体亮温TBB产品,针对不同天气类型进行背景统计和个例分析,讨论云分类、TBB产品在云状自动识别中的应用。结果表明:地面云观测取消后,云观测业务可以依据卫星遥感产品展开,即以云分类产品为基础,结合TBB资料和天气现象进行订正。当无降水时,云状以云分类产品为主,如云分类产品为积雨云,可将云状订正为非降水云;当TBB240 K时,同时变率由负值向正值转变至接近0时,有雷暴活动发生,无论是何种云分类产品,云状可直接定为积雨云;TBB在240~260 K,为稳定性降水时,考虑为非对流性云(层积云或高积云、高层云或雨层云)。     

导致区域性雷暴大风天气的云型分类及统计特征分析

利用2005—2011年的静止卫星、常规探空和重要天气报资料,文章选取了18次典型区域性雷暴大风过程,在分析500 hPa天气形势基础上对导致雷暴大风的强对流云型进行了分类分析,其发展过程可划分为初始、发展、成熟和消亡四个阶段。对静止卫星观测的定量特征分析表明,对流云团中IR1通道和水汽(WV)通道的亮温差基本为负值,其值的不断减小预示着强对流在持续发展;在监测和预报雷暴大风天气时,需要特别关注长椭圆形强对流云带的右侧和其右侧的孤立对流云团,尤其是TBB(红外亮度温度)低负值区、TBB高梯度区、IR1和WV通道亮温差值区及大梯度区均配合的区域。在定性分析的基础上对静止卫星IR1与WV通道的亮温特征进行了定量统计分析,获得了雷暴大风出现站点附近的红外亮温、水汽亮温、IR1与WV通道亮温差和红外亮温梯度的分布情况,结果发现大部分站点的雷暴大风天气出现在以下时段:红外亮温由急剧下降到平缓下降之间的过渡期;IR1与WV通道亮温差由迅速下降转为缓慢下降或稳定少变的时间点前后,且多数处于IR1和WV通道亮温差由正转负临近的时间段内;红外亮温梯度达到最大的时间点附近或开始下降的时候。     

基于卫星观测的一例东北冷涡天气的初步分析

应用FY2E卫星云图和配合云顶亮度温度,结合天气图、地面实况资料,对2012年5月13-16日一次东北冷涡形成、发展及消亡的过程进行分析。通过6.7μm水汽云图和红外云图分析冷涡能量释放过程中,降水和雷暴分布特征,并且试图建立降水和雷暴落区预报依据。结果表明:本次过程在FY-2C卫星云图、大尺度环流形势场对冷涡反映都很敏感,冷涡降水主要发生在三四象限,强雷电主要发生在"逗点"云系形成过程中即成熟阶段,冷涡消亡过程中,瓦解的碎散云系由于有冷空气的作用,也会带来阵性不均匀雷阵雨天气。TBB低值带与强降水雷暴的落区有很好的对应关系,降水的发生区往往是TBB的相对低值中心,雨带摆动及强度与TBB低值带的摆动和强度相一致。TBB≤-30℃,应注意降水的预报,TBB≤-60℃,可能出现雷暴天气。雷暴的发生发展经常出现在水汽图上高空急流左侧的暗区和亮区的过渡带,暗区对应着水汽图上的干区,能量在这一区域可以得到有效的储存,在一定的触发条件下,不稳定能量释放,强对流天气出现。     

溪洛渡水电站2016年初夏首场暴雨诊断分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料、FY-2E逐小时相当黑体温度(TBB)、自动站实时观测资料等对2016年初夏溪洛渡水电站首场暴雨进行诊断分析。结果表明:本次过程是由于西南涡生成并且移出源地引发的;700h Pa以下的水汽输送是溪洛渡坝区暴雨的水汽来源;800~600h Pa的正涡度区和垂直上升运动区对应较好,是重要的动力条件;CAPE值和Δθ_se(500~850)明显减小可以看成是对流性降水向稳定性降水转变的指标;当溪洛渡坝区位于TBB值≤-62℃的云罩内时降雨强度最强;近地面层弱冷空气的侵入使降雨强度更加剧烈。      

不同的大气云模式对月预报影响的数值试验

所用的 T42L10月长期数值预报谱模式采用了模式诊断云方案,在辐射计算中,用模式的预报水汽场和模式诊断云代替原民T42L9中的气候纬向平均水汽场和云,模式诊断云计算中还考虑了大地形作用对云的影响.本文利用国家气象中心1992年8月31日的客观分析资料为初始场,进行30天长期数值预报,对比研究了这两种不同的云模式对月际数值预报的影响.模式诊断云方案的预报明显优于气候云方案,采用模式诊断云预报的500hPa 高度场月平均的倾向相关系数有所提高,月平均预报误差减少.模式诊断云方案的预报误差低于对应的持续性误差.模式诊断云方法由于考虑了在预报时间内云分布的时间和空间变化,提高了模式中的辐射计算精度,从而改进模式中的云、辐射作用,克服由于气候云方法所出现的预报偏差,较显著地改善月际数值预报效果.     

西北地区东部三次暴雨天气的螺旋度分析

利用T10 6数值预报模式 1°× 1°的标准等压面的格点资料 ,计算了K -螺旋度 ,对近年西北区东部的三次暴雨天气过程进行了螺旋度分析。结果表明 ,螺旋度的分布可以反映出高空天气系统的位置极其演变情况 ,暴雨区上空螺旋度的配置为上层负值、下层正值 ,30 0hPa以下为正的螺旋度 ,最大中心一般在 70 0～ 4 0 0hPa。     

国家自然科学基金委员会地球科学部南京气象学院大气资料服务中心资料通讯

NCEP/ NCAR再分析资料月平均数据集信息 (一 )应用户的要求 ,南京大气资料服务中心最近收集了 NCEP/ NCAR再分析资料系列产品之一——等压面月平均资料。该资料数据集延伸时段从 194 8年到 2 0 0 3年 ,共长 5 5 a;区域范围覆盖全球 (0～ 36 0°E;90°S～ 90°N) ;垂直方向从地面向上 17个等压面层分别为 10 0 0 ,92 5 ,85 0 ,70 0 ,6 0 0 ,5 0 0 ,4 0 0 ,30 0 ,2 5 0 ,2 0 0 ,15 0 ,10 0 ,70 ,5 0 ,30 ,2 0 ,10 h Pa;要素内容包括气候日、月平均 ,历年各月平均 ,标准差 ,四季昼夜距平 ,要素场正交展开的主分量等 ,共计 5 0个文件。…     

红外高光谱IASI卫星资料同化对一次大风过程的影响研究

以2019年4月24日发生在辽宁省的一次大风天气过程为例,选取GFS(全球预报系统) 0.25°×0.25°再分析资料,基于WRF模式三维变分同化技术,进行一组IASI资料同化试验,和未同化任何资料的控制试验(CTNL)。通过对比两组试验结果考察IASI资料同化改进数值模式初始场的分析及其后续预报的机制。研究结果表明：经过IASI资料同化的模拟结果质量有很大改善,分析场与背景场相比更靠近观测场；经过云检测之后不同通道使用的观测数目多少不一,资料同化对模拟的改善效果在通道0~800最佳；IASI资料同化对地表10 m风场的预报技巧有显著的提高作用,相比控制试验可以更精准地预报大风天气的区域和强度；IASI同化试验的预报质量高于控制试验且随时间比较稳定。