基于一维变分算法的红外高光谱(IASI)卫星遥感大气温湿廓线研究

大气温湿度廓线是大气重要参数,在数值天气预报及天气预警中具有重要的应用价值。为获得高精度的大气温度与水汽混合比廓线数据,研究了基于Metop-A/IASI红外高光谱资料的大气温度与水汽混合比廓线变分反演方法。利用IASI高光谱传感器温度和水汽探测通道资料,结合CRTM模式和WRF模式预报技术,使用一维变分方法,研究了卫星资料质量控制、背景误差协方差本地化、观测误差协方差计算等方法,构建了大气温度及水汽混合比廓线变分反演系统,并在北京、青岛、沈阳3个地区开展了反演试验。以探空为标准的反演结果对比显示,使用WRF模式预报值作为背景场,温度的平均误差绝对值小于0.6 K,均方根误差为0.89 K;水汽混合比的平均误差绝对值小于0.021 g/kg,均方根误差为0.02 g/kg。试验结果表明:基于一维变分方法,可以利用Metop-A/IASI红外高光谱资料进行大气温度与水汽混合比廓线高精度探测。     

1961—2010年东北地区汛期极端降水的非均匀性特征

利用东北地区91站1961—2010年逐日降水资料,讨论东北地区汛期极端降水量的非均匀性分布特征。结果表明,东北地区极端降水量呈现由南向北逐渐减少的分布特征;极端降水主要集中出现在7月,东北地区中部极端降水出现相对比较分散,东北东部、北部、西部和南部出现比较集中;东北地区汛期纬度偏低地区极端降水量偏多,极端降水发生较晚,且较为集中,纬度偏高地区则反之。汛期极端降水量与集中度存在显著的负相关关系,即汛期极端降水量越多,极端降水越集中,特别是嫩江、松花江流域。     

风云三号卫星微波大气温度探测仪资料偏差订正方法研究

为推动中国风云三号卫星(FY-3A/B)资料在区域数值天气预报中的同化研究,重点研究FY-3A的大气温度垂直探测仪(MWTS)资料的偏差订正问题。在欧洲中期天气预报中心(ECMWF)原全球TOVS辐射偏差订正方案的基础上,结合MWTS资料特征,建立适用于FY-3A卫星MWTS辐射率资料的偏差订正系统,并评价MWTS的偏差订正效果。结果表明:（1） 同纬度带和扫描位置的扫描偏差不同,各通道表现出不同的偏差特征,通道1扫描偏差较大(0~5 K),通道2、3、4较小(0~0.6 K);（2） 扫描偏差订正和气团偏差订正后的观测残差基本符合均值为零的正态分布;（3） 偏差订正后的观测残差标准方差有所降低,这将提高卫星资料对分析场的调整。证明了FY-3A MWTS资料质量较好,具有同化应用的潜力,开发的偏差订正系统可为FY-3A MWTS资料在区域模式中的同化应用提供条件。      

霰谱分布特征对强对流云高频微波亮温影响的模拟研究

利用WRF中尺度模式和MWRT微波辐射传输模式,对一次理想对流单体云降水过程进行模拟,研究了霰谱参数对强对流降水云高频微波辐射亮温的影响.结果表明:霰谱参数的改变对对流单体云中冰相水凝物质量浓度分布和高频微波亮温均有影响.减小(增大)霰密度参数会导致霰谱宽度增大(减小),从而导致霰的碰并效率提高(降低),霰空间最大质量...     

Quality Assessment of FY-4A Lightning Data in Inland China

The Lightning Mapping Imager (LMI) equipped on the FY-4A (FengYun-4A) geostationary satellite achieves lightning positioning through optical imaging and has the advantages of high temporal resolution, high stability, and continuous observation. In this study, FY-4A LMI lightning event, group and flash data from April to August 2018 are selected, and their quality are assessed through qualitative and quantitative comparison with the ground-based Advanced Time of Arrival and Direction system (ADTD) lightning observation network data and the American International Space Station (ISS) lightning imaging sensor (LIS) data. The results show that the spatial distributions of FY-4A lightning are consistent with those of the ground-based ADTD and ISS LIS. The temporal variation in FY-4A lightning group frequency is consistent with that of ADTD stroke, which reflects that FY-4A LMI can capture the lightning occurrence in inland China. Quantitative statistics show that the consistency rate of FY-4A LMI and ISS LIS events is relatively high but their consistency rate is lower in terms of lightning group and flash data. Compared with the lightning observations by the ISS LIS and the ground-based ADTD, FY-4A LMI reports fewer lightning events in the Tibetan Plateau. The application of Tibetan Plateau lightning data requires further processing and consideration.     

基于水分距平指数的2006年四川盆地东部特大干旱遥感响应分析

针对四川盆地东部的2006年特大干旱, 分析MODIS遥感观测资料对旱情的响应, 以探求区域干旱遥感监测的可操作性方案. 首先, 依据地面气象和水文观测初步估算了旱情的发展过程和空间分布范围, 利用MODIS产品计算了2001~2006年夏季每8天的地表水分遥感指数; 然后, 构造并计算了地表水分距平遥感指数, 用之检验了四川盆地东部特大干旱的遥感响应; 最后, 基于地表水分距平遥感指数分析了不同植被覆盖类型对干旱的敏感性. 研究结果表明: 该距平指数对水分盈缺敏感, 优于基于绝对含水量的遥感监测方法, 准确提取了四川盆地东部2006年特大干旱的时空格局, 重建了旱情的发展和消退历程, 同相关旱情统计比较吻合. 同干旱的地面监测比较, 该方法不仅考虑了局地需水持水特性, 而且克服了观测站点的空间代表性局限, 能快速提供区域旱情的详细空间分布, 因此为区域干旱的日常监测提供了一个具可操作性的实用方案.     

参加第16次国际TOVS工作组研讨会（ITSC16）总结

2008年5月7～15日,国家卫星气象中心研究所马刚和陆其峰参加了在巴西AngradosReis举行的第16次国际TOVS工作组研讨会（ITSC16）。从北京出发,经法兰克福、圣保罗两次转机后抵达里约热内卢,又经180km公路行程,抵达ITSC16会议地点AngradosReis。     

FY-3D/HIRAS光谱定标精度评估中的最佳光谱区域选择

光谱定标精度的精确评估和监测,是红外高光谱数据应用之前的重要工作。光谱定标精度评估常用"互相关"方法,即通过平移观测谱使得观测谱与参考基准谱之间满足最大相关或最小标准差条件。考虑到计算耗时,无须在全谱段检测频偏,而用部分光谱区域评估光谱定标精度。为全面评估"互相关法"对光谱区域选择的依赖程度,初步选择光谱区域依据理论模拟光谱(只考虑仪器离轴效应)的敏感性分析,最佳光谱区域选择基于实际观测光谱的敏感性分析。基于模拟光谱的敏感性分析表明:光谱精度评估方法对光谱区域的选择在中波波段不敏感,在长波和短波波段比较敏感,其敏感性与光谱区域内吸收带的包络特征、辐射能量的大小有关;选择不同光谱区域引入的绝对误差在长波和短波波段最大分别可达3.05和3.35 ppm(1 ppm=10~(-6));因此,当光谱区域选择在辐射能量较大,大气成分含量稳定的大气分子吸收带,能有效减小"互相关法"引入的误差。进一步基于风云三号D星红外高光谱大气探测仪(FY-3D/HIRAS)观测光谱,研究提出了HIRAS光谱精度评估的最佳参考光谱区域:长波波段为[716,766] cm~(-1),中波波段为[1270,1320] cm~(-1),短波波段为[2159,2209] cm~(-1),基于上述光谱区域评估的HIRAS光谱偏差平均值均优于2 ppm,长波和中波的标准差优于2 ppm,短波的标准差约为4 ppm。研究结果对其他红外干涉仪器的光谱定标精度评估和频率长期稳定性监测也具有参考作用。     

FY-3A陆表温度反演及高温天气过程动态监测

采用FY-3A/VIRR数据,利用Becker局地分裂窗改进算法反演得到逐日陆表温度 (LST), 对2009年一次高温天气过程进行动态监测, 并分析不同下垫面的热环境变化。结果显示:此过程中可见光红外扫描辐射计 (VIRR) 陆表温度产品在敦煌辐射校正场地两次验证的误差为-0.17 K和1.77 K,与同时间过境的MODIS产品均方根误差为2.64 K,直方图对比陆表温度的频数分布基本一致;对高温天气过程监测发现,此次出现以华北的石家庄、郑州、北京等地和西北地区东部的西安等地为中心的两个陆表温度高值区, 部分地区达到了320.2 K以上;城市剖面资料证实城市热岛现象存在,并发现工矿用地的热岛效应不容忽视,主要是大面积的工矿用地周围植被破坏严重,地表增温更为显著。     

1961-2010年东北地区汛期极端降水的非均匀性特征

利用东北地区91站1961-2010年逐日降水资料,讨论东北地区汛期极端降水量的非均匀性分布特征。结果表明,东北地区极端降水量呈现由南向北逐渐减少的分布特征;极端降水主要集中出现在7月,东北地区中部极端降水出现相对比较分散,东北东部、北部、西部和南部出现比较集中;东北地区汛期纬度偏低地区极端降水量偏多,极端降水发生较晚,且较为集中,纬度偏高地区则反之。汛期极端降水量与集中度存在显著的负相关关系,即汛期极端降水量越多,极端降水越集中,特别是嫩江、松花江流域。