STUDY ON THE MULTIVARIATE STATISTICAL ESTIMATION OF TROPICAL CYCLONE INTENSITY USING FY-3 MWRI BRIGHTNESS TEMPERATURE DATA

A technique for estimating tropical cyclone (TC) intensity over the Western North Pacific utilizing FY-3 Microwave Imager (MWRI) data is developed. As a first step, we investigated the relationship between the FY-3 MWRI brightness temperature (TB) parameters, which are computed in concentric circles or annuli of different radius in different MWRI frequencies, and the TC maximum wind speed (Vmax) from the TC best track data. We found that the parameters of lower frequency channels’ minimum TB, mean TB and ratio of pixels over the threshold TB with a radius of 1.0 or 1.5 degrees from the center give higher correlation. Then by applying principal components analysis (PCA) and multiple regression method, we established an estimation model and evaluated it using independent verification data, with the RMSE being 13 kt. The estimated Vmax is always stronger in the early stages of development, but slightly weaker toward the mature stage, and a reversal of positive and negative bias takes place with a boundary of around 70 kt. For the TC that has a larger error, we found that they are often with less organized and asymmetric cloud pattern, so the classification of TC cloud pattern will help improve the acuracy of the estimated TC intensity, and with the increase of statistical samples the accuracy of the estimated TC intensity will also be improved.     

中国空间辐射测量基准技术

为确保数据的定量化应用，国际航天遥感大国始终围绕定标技术开展研究，定标精度不断提高。在经历数十年发展之后，受传统的遥感载荷定标系统设计以及地面辐射校正技术理论极限的制约，目前遥感卫星辐射定标停留在太阳反射谱段2%，红外谱段0.2 K的不确定性水平，其精度难以继续提高。进入21世纪，气候变化问题成为全球关注的热点，全球气候变化研究对遥感卫星辐射测量精度提出了前所未有的要求。ASIC³（Achieving Satellite Instrument Calibration for Climate Change）报告指出，为了有效检测全球气候变化信号，准确预测气候变化，遥感卫星观测必须长期保持在太阳反射谱段0.3%、红外谱段0.1 K，太阳总辐射0.01%的不确定性水平。为了迎接这一挑战，欧洲和美国相继提出了CLARREO计划和TRUTHS计划，试图通过发射具有超高辐射测量精度的基准卫星，在监测气候变化信号的同时，标定其他遥感卫星，提升全球遥感卫星整体定标精度。同期，中国也提出了空间辐射测量基准技术的概念，并在“十二五”和“十三五”，通过国家高技术研究发展计划和国家重点研发计划持续支持星上相变固定点黑体、空间低温辐射计等尖端技术的研发，进而逐渐形成发射空间辐射测量基准卫星的路线图。从目前发展态势上看，中国有可能成为第一个建立空间辐射测量基准的国家，率先实现卫星平台辐射观测直接向国际单位（SI）的溯源。     

星载双频风场雷达热带气旋降雨区测风模拟

基于大气辐射传输理论分别建立Ku波段和C波段的降雨模型,模拟热带气旋降雨区洋面的雷达回波并反演了洋面10 m风场,用于研究降雨对测风的影响以及风云三号双频风场雷达 (WFR) 的测风能力。分析表明:回波的衰减或增强取决于降雨衰减项和后向散射项的相对大小;热带气旋的降雨使反演风速偏小,风向精度降低,Ku波段相对于C波段更易受影响,在高风速 (超过30 m·s-1) 条件下,可达5~20 m·s-1的负风速偏差。反演结果表明:双频反演的新方法能够结合Ku波段与C波段的优势,双频最大似然估计 (MLE) 方法在分辨率上优于C波段单频反演,相对Ku单频反演能降低降雨对测风的衰减作用,结合双频MLE方法和C波段单频反演优势的分区反演方法可以显著减小降雨偏差,提高风速反演精度,在有风云三号湿度计同步观测的条件下,是提高热带气旋降雨区测风精度的有效手段。     

青藏高原地区TRMM PR地面降雨率的修正

为掌握并改进青藏高原地区TRMM卫星降水雷达 (precipitation radar,PR) 地面降雨率准确度,统计分析了2005—2007年TRMM PR 2A25资料和逐小时地面雨量计,结果表明:青藏高原地区TRMM PR地面降雨率在层云降水时平均偏低35%,在对流云降水时平均偏高42%。Z-R关系的适用性是PR产生偏差的原因之一,研究将TRMM PR层云降水模型中20℃层Z-R关系的初始系数A和b分别修正为0.0288和0.6752,对流云降水模型中20℃层的初始系数A和b分别修正为0.0406和0.5809,得到两类降水模型0℃层与20℃层之间不同高度Z-R关系的更新系数。检验结果表明,修正降水模型后能够提高青藏高原地面降雨率测量的准确度。     

A CONVECTIVE RAINFALL ESTIMATE TECHNIQUE DEVELOPED BY NSMC OF CHINA

In order to reveal the relation between strong convective cloud characteristics and rainfall rate,over 20000 hourly raingauge data from 333 weather stations and the corresponding 4000 convectivecloud infrared images of GMS-4 during the period of 1992—1994 in Henan,Hubei and SichuanProvinces were studied.The results show that cloud top temperature,temperature gradient,thegrowth of cloud,overshooting top and the normalized distance between a cloud covering pixels and thecluster center have certain relations to cloud precipitation.These relations can vary with differentgeographical regions.Based on the study above,a convective rainfall estimation technique wasdeveloped by the scientists in National Satellite Meteorological Center of China.Its average error is30% for daily precipitation with a correlation coefficient of 0.69.     

强对流降水云团的云图特征分析

对1992～1994年夏季四川、湖北、河南3省333个地面雨量站2万多个雨量观测数据以及与之相应的4千余幅GMS-4红外数字云图资料的分析结果表明，云顶温度、温度梯度、云团的膨胀、穿透性云顶的存在、云体相对于云团中心的偏离量与云的降水强度有着明显的对应关系。在不同的地区，这种对应关系有所不同。     

星载大气探测激光雷达发展与展望

从最早的星载激光雷达空间技术实验LITE出发,回顾了已成功发射的多颗星载激光雷达发展历程。详细阐述了LITE、CALIPSO等星载激光雷达在大气遥感领域,特别是气候环境变化和数值预报模式研究上所取得的成就。主要从全球气溶胶垂直结构及其辐射强迫、全球云垂直结构和特征、气溶胶-云-降水相互作用和气溶胶数据在雾-霾和沙尘天气预报中的应用等4个方面进行展开说明,并且深入分析了未来星载激光雷达在大气风场和大气成分探测方面所面临的需求和挑战。在大气风场探测需求方面,结合星载激光雷达探测优势从提高热带地区的天气预报准确率、提高非地转条件下中小尺度短时临近预报水平和填补卫星高/低空急流监测技术空白等3个方面进行详细论述。在大气成分探测需求方面,与传统被动探测仪器相比较,突出激光雷达在信噪比、CO2垂直结构和夜间探测上的明显优势。最后,指出全球风场和大气成分探测将成为未来星载激光雷达的重要发展方向。     

卫星火情探测灵敏度试验与火情遥感新探测通道选择

2005年10月在广西武鸣机场进行了一系列的人工火情测量试验。进行的100 m2与200 m2火场同步观测试验表明，在EOS TERRA、EOS AQUA和FY 1D等气象卫星遥感图像的人工火场区，中波红外通道均有明显的增温效应，达到了现行业务火情监测的判识标准，表明气象卫星1 km分辨率的中波红外通道完全可以遥感监测到小至200 m2、甚至100 m2完全燃烧的火场。分析BOMEM MR 154 FT高光谱仪测定的火情光谱特征，发现在中波4.34~4.76 μm光谱段的辐亮度比火情监测常用通道3.5~4.0 μm有更强的响应关系。通过初步的大气辐射传输计算，结果表明此波段似为卫星遥感探测火情更为敏感和有效的通道。     

利用静止气象卫星红外通道遥感监测中国沙尘暴

气象卫星的红外窗区通道 (8~12 μm) 对于通常大气气溶胶几乎没有响应, 但对于较大颗粒且浓度较强的沙尘气溶胶, 尤其是沙尘暴有明显的信号反应。空气中的沙尘在红外分裂窗通道表现出两个特征:一是对地表发射到空间的红外信号产生衰减, 造成卫星探测到的地气系统亮温降低, 这就是所谓的红外差值沙尘指数IDDI; 二是沙尘粒子在红外分裂窗两个通道的比辐射率不同, 11 μm比12 μm的比辐射率低, 从而造成这两个通道的亮温差是负值。基于这两个特征和沙尘多通道光谱聚类法, 针对静止气象卫星观测数据进行了沙尘暴卫星遥感监测业务算法开发, 输出沙尘暴监测产品和红外差值沙尘指数产品, 这一算法不仅用于已经退役的GMS-5卫星, 而且应用于正在运行的静止气象卫星FY-2C, 它还为沙尘暴的定量或半定量遥感提供参考借鉴。     

用PR资料分析热带气旋卡特里娜降水特征

利用TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) 卫星降水雷达 (Precipitation Radar,PR) 资料对2005年8月发生在墨西哥湾的热带气旋卡特里娜 (Katrina) 初生、发展和变性3个阶段的层状云和对流云的近地面降水和降水垂直廓线进行分析。结果表明:在热带气旋的整个生命期,对流性降水个数约是层状云降水个数的四分之一;随着气旋的发展,对流性和层状云降水的平均强度逐渐增强, 在登陆前有所减弱,登陆后对流性降水和总平均降水均增强,层状云降水稍有减弱;大部分降水廓线都随高度升高均呈现先略增大 (到4 km高度)、再减小的趋势,在6~7 km处由于冻结层的存在使得降水达到最小值。