GRAPES_MesoV4.0主要技术改进和预报效果检验

针对GRAPES_Meso V3.0存在的降水量偏大、模式运行不稳定、近地面温度预报偏差较大、可同化资料偏少以及分辨率偏低等问题,开展了多方面的改进工作:引入变分质量控制以及探空湿度的偏差订正,实现了GPS/PW资料、FY-2E云导风资料以及无线电掩星资料的同化应用,提高了模式分辨率,引入四阶水平扩散方案,调整了微物理参数化方案与动力框架的耦合方案,完善了地面辐射能量平衡方程以及优化了后处理雷达组合反射率因子的诊断方案,并集成所有改进成果形成新的业务化GRAPES_Meso V4.0。批量试验结果表明:GRAPES_Meso V4.0降水ETS评分普遍提高,同时预报偏差明显降低,月平均降水更接近实况,且能够较好地刻画雨带细节;2 m温度预报偏差有较为显著的改善,大部分地区24 h预报有1~2℃左右的降低,有些地区有3~5℃的降低;GRAPES_Meso V4.0对高度场、温度场和风场的改进效果比较显著,500 hPa的温度、风速、位势高度场的相关系数均有显著提高,850 hPa的均方根误差也明显降低,整体性能明显高于GRAPES_Meso V3.0。     

Fusion SST from Infrared and Microwave Measurement of FY-3D MeteorologicalSatellite

Sea surface temperature (SST) is one of the important parameters of global ocean and climate research, whichcan be retrieved by satellite infrared and passive microwave remote sensing instruments. While satellite infrared SST offershigh spatial resolution, it is limited by cloud cover. On the other hand, passive microwave SST provides all-weatherobservation but suffers from poor spatial resolution and susceptibility to environmental factors such as rainfall, coastaleffects, and high wind speeds. To achieve high-precision, comprehensive, and high-resolution SST data, it is essential tofuse infrared and microwave SST measurements. In this study, data from the Fengyun-3D (FY-3D) medium resolutionspectral imager II (MERSI-II) SST and microwave imager (MWRI) SST were fused. Firstly, the accuracy of both MERSI II SST and MWRI SST was verified, and the latter was bilinearly interpolated to match the 5km resolution grid of MERSISST. After pretreatment and quality control of MERSI SST and MWRI SST, a Piece-Wise Regression method wasemployed to correct biases in MWRI SST. Subsequently, SST data were selected based on spatial resolution and accuracywithin a 3-day window of the analysis date. Finally, an optimal interpolation method was applied to fuse the FY-3DMERSI-II SST and MWRI SST. The results demonstrated a significant improvement in spatial coverage compared toMERSI-II SST and MWRI SST. Furthermore, the fusion SST retained true spatial distribution details and exhibited anaccuracy of –0.12±0.74°C compared to OSTIA SST. This study has improved the accuracy of FY satellite fusion SSTproducts in China.     

FY2卫星云图分析系统在热带气旋北冕过程中的应用

利用FY2卫星云图分析系统的各项分析功能,结合常规观测资料对热带气旋北冕的天气形势、云图演变以及路径变化、风雨情况等进行了分析。结果表明,副热带高压摆动,中纬度西风小槽东移,低层西南气流加强和减弱是"北冕"出现两次北抬和一次南折的直接原因;对流云团的发展和减弱对应低层西南气流的加强和减弱;强降水与云顶亮温的最低值中心及强度密切相关,而云团面积和云顶亮温与强降水也有很好的对应关系,其中发展的云系是强降水发生的信号。FY2卫星云图分析系统较好地分析了"北冕"整个过程的变化特点,对于短时临近预报有较好的辅助作用。     

基于水面实测光谱的太湖蓝藻卫星遥感研究

水体叶绿素a含量和蓝藻密度是评价水质污染的主要参数,对监测水体蓝藻水华有重要意义。该文利用2008年11月10日和11日太湖水面实测光谱及FY-3A/MERSI,AQUA/MODIS卫星的波段响应函数,计算了卫星波段的水体表面等效反射率。水体实测光谱显示蓝藻污染提高了近红外波段的遥感反射率,在蓝光波段和绿光波段有明显的吸收谷和反射峰。根据这一原理,该文建立了近红外和红光波段的比值指数RI模型,成功反演了太湖水体叶绿素a含量(均方根误差分别为0.0174 mg·L~(-1)和0.0188 mg·L~(-1))和蓝藻密度(均方根误差分别为247.21×10~6L~(-1)和275.64×10~6L~(-1))。这一结果为分析太湖水面光学特性、水质污染状况提供了重要依据。     

FY 3A三个通道资料反演水云有效粒子半径的研究

基于水汽吸收波段云的反射率主要依赖于云粒子大小的原理,利用SBDART辐射传输模式和FY-3A极轨气象卫星可见光红外扫描辐射计(VIRR)的通道3(3.7μm)、中分辨率光谱成像仪(MERSI)的通道6(1.64μm)和通道7(2.13μm)所提供的探测数据进行了水云有效粒子半径的反演和比较。发现,1.64、2.13和3.7μm三个通道均能定最反演有效粒子半径的大小,其中1.64和2.13μm通道对大粒子的敏感性较高,3.7μm通道在光学厚度较小时敏感性好。三个通道的有效粒子半径反演产品与MODIS有效粒子半径产品具有较好的相关性。     

基于FY3/MERSI数据的辽宁省植被指数重建及时空变化分析

为建立中国风云三系列气象卫星长时间序列归一化植被指数数据集,选用滤波和函数拟合方法,针对林地、湿地、水稻、玉米、大豆、城市和水体7类地物开展数据重建效果定量分析,确定最佳数据重建方法,并在辽宁省开展时空变化分析。结果表明：非对称高斯函数拟合法（Asymmetric Gaussians,AG）、Savitzky-Golay滤波法（SG）、双Logistic函数拟合法（Double Logistic,DL）和时间序列谐波分析法（Harmonic Analysis of Time Series,HANTS）四种方法均表现出相对较好的去噪能力。SG方法对噪声比较敏感,HANTS方法在低值区受噪声影响大。AG和DL方法平滑效果较好,DL方法的峰值更接近于原始峰值。在高植被覆盖区和季节性作物区,SG方法相关系数最高（>0.93）、均方根误差最低（< 0.1）;在城市和水体低植被指数区,HANTS方法相关系数最高,为0.87,但四种方法的均方根误差均在0.06左右,差别不大。综合考虑曲线和定量分析结果,选取SG方法进行辽宁省植被指数数据集数据重建。辽宁省植被指数数值高低的空间分布与下垫面植被类型相符合,东部山区林地植被指数最高,达到0.75以上。2009-2020年,辽宁省NDVI年均值存在波动,不同地物植被指数变化存在差别,水体和城市植被指数变化相对较小,旱田作物（玉米、大豆）的植被指数受干旱年的影响植被指数变化稍大。辽宁省主要粮食作物植被指数年内均呈单峰分布,与一年一熟型吻合,均在8月上旬达到最大值。     

FY-2E卫星和探空湿度资料的对比分析

利用2011年和2012年四川盆地和川西高原以及西藏的17个站点,地面探空和FY-2E星的相对湿度资料,对不同气压层的相对湿度进行对比分析,结果表明:卫星探测的湿度普遍小于探空的湿度,且二者相对湿度的差值有随气压层高度的变化呈现抛物线变化趋势;两种资料的相关系数在0.03~0.60之间变化;两种资料的平均相关系数在低层小于高层,300、400hPa和500hPa层的平均相关系数明显高于700、850hPa和925hPa层;两种资料相对湿度的平均相关系数和台站的海拔高度呈三次方的关系;高气压层的日平均相关系数大于低气压层的日平均相关系数。      

利用小波分析研究近地空间高能电子的周期变化特征

利用小波变换对GOES (Geostationary Operational Environmental Satellites)系列卫星(GOES 10/11) 1999年3月至2010年12月和风云2号系列卫星(FY 2C/2D) 2004年10月至2012年5月记录的2 MeV高能电子通量变化情况进行了相关研究,发现GOES卫星观测到的高能电子通量存在明显的13.9 d、 27.7 d、 187.0 d和342.9 d周期, FY卫星观测到的高能电子通量存在明显的13.9 d、27.7 d、222.3 d和374.0 d周期,在某些年份GOES和FY卫星均存在9 d的周期,与地磁Dst (赤道环电流指数)、 AE (极光电射流指数)指数周期高度相似.将高能电子通量和Dst、AE指数进行交叉小波分析,并利用该算法的多分辨率特点以及时域、频域局部化分析方法,将数据按不同频率进行分解,从低频系数重构图像和交叉小波谱图可以清楚看出高能电子通量和地磁指数的关系.基于FY和GOES卫星高能电子通量良好的相关性,对多卫星高能电子通量变化短周期相同、中长周期不同进一步研究,对比发现不同地磁扰动引起的GOES和FY卫星高能电子通量变化存在各向异性,小磁暴也可以对高能电子通量造成和强磁暴一样的效果,并且某些时候存在地方时一致的24 h周期.这一结果表明对地磁宁静期高能电子研究至关重要,同时对理解太阳活动,预报高能电子能谱和预警深层充电事件以及验证预测磁暴、亚暴等事件具有重要意义.     

FY 3A/VIRR云相态业务产品检验与分析

选取简单云状和复杂云状作为分析对象,利用Terra/MODIS云相态产品对FY-3A/VIRR云相态产品的识别结果进行检验。对比分析采用一致性比较、差异图显示以及两种产品识别结果叠加显示等方法。结果表明:(1)简单云状条件下,FY-3A/VIRR云相态产品与Terra/MODIS云相态识别结果具有较好的一致性,一致性接近85%;复杂云状条件下,由于Terra/MODIS云相态识别结果中存在较多的不确定类别使两种数据识别结果的一致性下降。(2)FY-3A/VIRR和Terra/MODIS产品的不一致点主要分布在云边缘或不同云相态交界处。(3)FY-3A/VIRR和Terra/MODIS的云相态产品产生差异的原因主要来自反演算法以及产品相态分类的不同。     

FY2卫星展宽云图接收机设计与实现

静止气象卫星是监测地表、大气、海洋以及空间环境等相关数据的重要手段,为气象、农业、空间环境等领域提供着大量的科学数据.重点对FY2接收机的实现方法进行了研究,主要内容包括二次变频方法、基于HSP50110/HSP50210的数字解调、差分解码、关键参数设置以及信号指示等.最后以误码率为指标并结合图像接收效果对接收机性能进行直观评估,结果表明,所设计的接收机图像清晰、误码率低,具有一定的实际意义与参考价值.