辐射传输模式对地基微波辐射计观测亮温的模拟能力分析

提供高时间分辨率大气温度湿度廓线的地基微波辐射计近年来广泛使用,多通道观测亮温的数据质量是大气廓线产品合理性的基本保障。一般定期液氮绝对定标可以更好维护亮温数据质量,但实际操作颇为不易。辐射传输模式作为一种辅助工具,可以检验和认识地基微波辐射计观测亮温的数据质量。本文针对三个辐射传输模式:MonoRTM、ARTS和MWRT,结合北京探空观测资料、北京观象台和河北香河站同类型的德国RPG地基微波辐射计观测资料,分析比较了三个模式的模拟与观测亮温差异,评估不同辐射传输模式对地基微波辐射计观测的模拟能力。地基微波辐射计14个通道观测亮温与模式模拟的差异统计比较发现:三个模式的模拟结果与地基微波辐射计大部分通道的观测亮温都很接近,与观测结果具有很好一致性（如相关系数高达0.99）,而对温度通道ch8（51.26 GHz）和ch9（52.28 GHz）,三个模式模拟与观测相关系数明显较低（<0.80）,并且存在显著的绝对偏差（4～5 K）,表明模式在这两个通道的模拟能力有待提高。三个模式中,MonoRTM模式在温度通道ch8、ch9和ch10（53.86 GHz）存在明显的系统性偏差,尤其是ch8高达5 K;ARTS模式对水汽通道ch1（22.24 GHz）的模拟能力相对较弱;MWRT模拟与观测亮温在多个通道上相对更为接近和稳定,尤其系统性偏差最小。此外,探空廓线与地基观测站的空间位置不一致,对地基微波辐射计水汽通道的模拟结果影响较为显著,而对水汽不敏感的温度通道影响甚微。两地观测亮温与模式模拟的比对,初步表明北京观象台地基微波辐射水汽通道的观测质量有待改进。     

内蒙古草原浅对流云特征卫星观测分析北大核心CSCD

浅对流云(Shallow Convective Cloud,SCC)对于认识和预报深对流强雷暴、辐射平衡以及气候变化有着十分重要的科学和意义。然而浅对流云水平、垂直尺度较小,并且生命尺度短,对其观测技术有限,目前针对浅对流云的观测研究仍然较少。本文采用2009~2010年CloudSat、CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation satellite)和MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)卫星融合产品2B-CLDCLASS-LIDAR和2B-GEOPRO对SCC进行研究,研究分析表明内蒙古草原区域SCC出现频率有明显季节变化,主要发生在夏季和秋季,其出现频率水平分布呈现西北低、东南高的趋势,与海拔梯度变化密切相关。SCC平均云底高度,8月最高,12月最低,呈现明显的冬夏差异。通过比较不同地区SCC云底高度发现,随着观测区域海拔高度增加,SCC云底高度有上升趋势。除此以外,海拔越高SCC云底高度变化幅度越大。     

几种地表微波比辐射率变化特征的地面观测

基于地表微波比辐射率观测试验,我们探讨了不同下垫面的地表微波比辐射率的变化特征以及降雨前后地表比辐射率的昼夜变化特征.同时,通过比较红外扫描仪和温度计同步测量的地表温度,发现将温度计浅埋土里比半埋土里测量的更为合理,后者测量的地表温度在中午时不合理偏高15～20℃.对于四种地表,草地比辐射率最高(～0.94),其次是裸土地比辐射率(～0.86),然后是沙地比辐射率(～0.82),水面比辐射率最小(～0.4).在微波辐射计观测入射角 > 60°时,土地和沙地比辐射率都随入射角度增加而减小,尤其前者更为敏感;草地和水面比辐射率随入射角度变化较小.不同地表比辐射率都呈现出昼夜差异,尤其土地、沙地和水面比辐射率在降雨之后的昼夜差异较为显著,夜里普遍偏高白天0.02～0.04;草地比辐射率昼夜差异较小,基本是白天略微高于晚上.降水后,草地微波比辐射率变化较小,裸土地和沙地比辐射率则显著降低.沙地和草地比辐射率随频率变化较小,裸土地比辐射率在降雨之后随频率明显增加.     

COSMIC数据验证AMSU平流层低层观测的初步分析结果

基于Global Positioning System (GPS)掩星数据在平流层具有较高准确性、稳定性的优势,本文尝试用新一代GPS掩星观测——the Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate (COSMIC)资料验证不同卫星平台上先进的微波探测仪（AMSU）的平流层观测结果.通过COSMIC大气温度廓线与AMSU辐射传输模式结合,得到模拟亮温,然后与AMSU平流层观测进行匹配比较.分析表明GPS掩星数据能够作为一个相对独立的参量检验NOAA15、16、18卫星平台内部的偏差.通过一年数据的比较验证,初步显示不同卫星平台的AMSU观测亮温在平流层低层都偏低,并且NOAA18平台的亮温偏低程度明显大于NOAA15、16.AMSU亮温偏差在极地冬季较为显著,尤其南极地区NOAA18的偏差幅度达到1.8 K.结合24小时内AMSU观测亮温偏差变化及其样本分布特征,可以看到明显的太阳辐射差异可能是导致AMSU观测亮温在极地偏差显著的主要原因.     

北京上空对流层和下平流层重力波谱统计特性

利用北京市观象台2002年1～12月气球无线电探空观测的垂直高度分辨率为50m的温度观测数据,研究1．67—8．02和13．57～19．92km高度区间归一化温度扰动垂直波数谱,并将它们和线性饱和模式比较．结果表明,单个垂直波数谱的谱斜率和谱振幅存在相当大变率,这和线性饱和理论的预期不一致．然而,在对流层的不同季节和不同地方时观测的平均垂直波数谱显示了很好的类似,即谱斜率非常接近于理论值-3．0,谱振幅和浮力频率的4次方成比例关系,认为对流层季平均谱很好地遵循线性饱和模式,并且在目前是唯一的．相反,在下平流层,平均垂直波数谱的谱斜率与理论值有较好的一致,但观测谱的谱振幅却明显偏离了线性饱和模式的理论预期值．这些观测的平均谱在目前也是唯一的．从对流层和下平流层的平均谱得到的盛行垂直波长在2．1—3．2km之间,与文献中报道的结果大致相同．     

3mm多普勒云雷达测量反演云内空气垂直速度的研究

垂直指向的W-波段大气云雷达(WACR)不仅测量云粒子的反射率因子Z, 而且测量多普勒速度谱。本文利用寿县气象站WACR在2008年11月1日一个时段的测量, 进行云内空气垂直速度反演试验。首先讨论个例中反射率、 Doppler平均速度及谱宽的分布特征及原因, 然后利用小粒子示踪法和改进的以小粒子示踪法为基础的粒子下降速度w0—反射率因子 (w0－Z) 关系法反演了云内空气垂直速度, 进而结合Doppler谱数据分析反演结果。结果显示: 小粒子示踪法在湍流较弱时能比较精确地反演空气垂直速度, 而湍流较强时, 湍流造成的误差不可忽略; 改进算法在湍流较强时能够减少湍流对反演结果的影响。     

中国大气气溶胶辐射特性参数的观测与研究进展

长期系统的气溶胶辐射特性观测资料是定量研究气溶胶辐射和气候效应的重要基础.本文综合介绍中国大气气溶胶辐射特性观测与研究现状和成果,重点包括以下内容:地面太阳光度计联网观测气溶胶光学厚度、单次散射反照率、尺度谱;从全波段太阳辐射反演气溶胶光学厚度、单次散射反照率;浊度计和黑碳仪测量地面气溶胶散射系数和吸收系数;地基/星载激光雷达观测气溶胶(后向散射系数)垂直分布;极轨/静止卫星遥感反演气溶胶光学特性.     

北京S波段天气雷达夜间晴空回波产生原因

S波段天气雷达在夜间往往能探测到大量晴空回波。根据生物随风迁飞迁徙的定向运动特征,结合L波段无线电探空数据与2018年3—10月北京S波段天气雷达数据,分析晴空回波在不同时段、不同风向下的变化,讨论晴空回波产生原因。通过天气雷达数据发现,晴空回波的反射率因子在6—8月初明显小于5月与9月,呈回波强度低谷,同时在5月与9月晴空回波高度可达2 km以上。通过与100 m,750 m和1.5 km高度的探空风向数据对比,反射率因子平均值未展现生物定向迁飞活动所导致的强度变化特征,反射率因子分布不随风向发生明显的季节性变化。与探空数据对比发现,温度垂直递减率与水平风切变大小的变化趋势与组合反射率因子变化趋势一致,认为北京地区晴空回波主要由大气边界层湍流造成。     

非球形粒子光散射计算研究的进展综述

介质的光散射在许多科学和工程领域中,如光学、电磁学、工程物理、天体物理、大气科学、海洋学、生态学、生物物理学等都有重要的应用。由于其重要性、复杂性和困难性,非球形粒子光散射已成为国际上光散射理论研究的焦点和前沿课题。就粒子光散射,特别是非球形粒子光散射的计算方法及其研究进展进行扼要综述。首先,从光散射的理论基础出发,指出过去广泛应用的球形粒子光散射Lorenz-Mie理论的局限性,从粒子非球形性对散射模式影响的本质,讨论球形粒子Lorenz-Mie散射与非球形粒子光散射的不等效性。在此基础上扼要地阐述了现代非球形粒子光散射计算研究的进展,包括精确的理论解法、一些重要的数值技术以及2个重要的近似解法,即光学软粒子近似和几何光学近似。并指出,近年来为了表示自然界中近于层状和更复杂粒子的光散射特性,层状粒子模型和扩展边界条件法(EBCM)正在成为热门的研究领域,是2个值得注意的发展动向。最后,简要地讨论了非球形粒子光散射计算研究所面临的挑战及其未来的发展方向。     

NUMERICAL STUDY OF REMOTE SENSING OF CLOUD LIQUID WATER CONTENT BY SPACE-BORNE COMBINED RADAR-RADIOMETER

A retrieval method of microwave(MW)space-borne remote sensing of cloud liquid watercontent by the combined radar-radiometer is suggested.A three-layer cloud model is chosen torepresent the typical stratified precipitating cloud.The retrieval method mainly follows ourpreviously suggested scheme with some modifications.Numerical comparative study shows that inspace-borne remote sensing of cloud liquid water content by the combined method is much betterthan by radar only;Also the retrieval accuracy of cloud liquid water content may be improvedwhen using the three-layer cloud model in the combined method.