TMI微波亮温反演热带气旋KUJIRA(T0302)降水结构

利用热带降雨测量卫星的微波成像仪(TMI)和星载测雨雷达(PR)资料,选取2003年第2号热带气旋KUJIRA降水个例,采用高频通道直接组合方案和全通道间接对数组合方案建立了多频道线性回归算式,对4种不同分辨率(0.1、0.2、0.25、0.5)进行了TMI反演降水试验。结果表明,运用全通道间接对数组合法反演降水效果明显优于常用的高频通道反演效果,且更稳定,因此,低频通道微波信息在降水反演中的作用是不可忽视的。运用0.2和0.25分辨率反演降水效果优于0.1和0.5分辨率,其中0.2分辨率更具实际应用价值。     

星载被动微波遥感反演降水算法回顾

根据不同的降水反演方法对多种利用SSM／I、TMI反演降水的算法进行归类总结，按下垫面检测和降水反演算法两大步骤进行简要描述，并分经验法、半经验(半物理)法、物理模式法及物理廓线法4类方法对多种算法作了回顾。     

热带测雨卫星TMI探测结果对非降水云液态水路径的反演方案研究

根据TRMM TMI的探测特点,结合微波辐射传输模式,研究了针对副热带地区非降水云液态水路径的TMI反演方案,并对反演方案进行了间接检验.首先,利用微波辐射传输模式进行模拟研究,分析了在副热带地区,相应TMI各通道的微波亮温对非降水云液态水路径的响应特点,结果表明37.0 GHz和85.5 GHz的水平极化通道探测结果对非降水云液态水路径的响应更为敏感;随后,利用模式分析了TMI各单一通道反演的非降水云液态水路径与理论值的差异,并在此基础上给出了利用37.0 GHz和85.5 GHz的水平极化通道亮温联合反演非降水云液态水路径的方案;最后,利用TMI的探测结果,采用该反演方案对无云区、非降水云区以及台风降水云区进行了反演计算.结果表明,无云区的液态水路径在-1-1 g/m2之间,且平均值为10-5量级;非降水云的液态水路径变化范围在0-500 g/m2之间,且其水平分布与TRMM的可见光通道0.64 μm探测的云分布一致;在台风降水云个例中,随着台风的成熟,高液态水路径的面积比初始阶段增多,且当地表降水率小于5 mm/h时,云中液态水路径随地表降水率的增大而逐渐增大.     

数值模式不同分辨率和地形对东亚降水模拟影响的试验

为探讨东亚地区降水数值模拟中水平分辨率和地形的作用,使用RegCM2区域气候模式,采用不同的模式分辨率和地形,对东亚降水进行对比模拟试验.结果表明,东亚地区降水的模拟效果取决于模式的水平分辨率,模式分辨率越高,模拟的效果越好.使用实际地形的模拟效果好于使用平滑地形的.但同时,使用较高分辨率的平滑地形的模拟,效果好于使用次高分辨率的实际地形的模拟.这表明在东亚地区降水模拟中,分辨率与地形相比,起着至少同样重要的作用.结果指出,对东亚地区降水的模拟而言,使用60 km及以上分辨率可能是必需的.     

对流降水云中大气垂直运动反演及个例试验

为深入认识对流降水云结构及动力特征, 基于降水频段调频连续波5520 MHz垂直指向雷达(VPR-CFMCW), 使用地面至15 km高度的反射率因子及径向速度, 建立对流降水云中大气垂直运动的反演方法, 分析对流垂直结构及大气垂直运动随高度分布的演变特征。对在广东龙门测站探测的2019年4月20—22日前汛期4次对流降水进行反演试验发现, 对流降水前大气上升运动对降水云反射率因子及地面降水有正贡献, 深厚对流具有倾斜性, 会导致垂直剖面在某些时刻呈分层结构;对流降水整层以下沉运动为主导, 高层大气上升运动与下沉运动交替出现, 低层大气下沉运动占比最高, 大气上升运动在6 km高度以上占比有所增加;大气垂直速度在高层较大、在低层较小, 超过10 m·s-1的强上升运动与下沉运动多出现在6 km高度以上, 4~6 km高度垂直运动变化较大, 4 km高度以下的平均下沉运动小于5 m·s-1, 上升运动约为2 m·s-1。     

不同模式分辨率和物理过程方案对贵州降水影响的对比试验

利用MM5中尺度数值模式,在20,15和10 km模式分辨率下,采用相同的方案对贵州两次大暴雨过程进行数值模拟试验。然后选用KUO、GRELL、KAIN-FRITSCH和BETTS-MILLER(以下简称KU、GR、KF和BM)4种对流参数化方案,分别在MRF和Blackadar 2种边界层参数化方案下,对贵州汛期16个降水个例进行数值模拟试验,对模拟结果进行对比分析并与实况资料进行比较,结果表明:预报的降水落区对参数化方案敏感。随着分辨率的提高,降水分布与实况更接近。MM5模式的这4种积云参数化方案对环流的模拟较好,但模拟降水的效果有差别:对50 mm以下的降水,GR方案的预报效果较好,KF方案则较差;对50 mm以上的降水,BM、KF方案的预报效果一般较好;选择MRF或Blackadar的边界层参数化方案对降水预报效果区别不大。选择BM或KF积云对流参数化方案、混合相显式水汽方案、MRF边界层参数化方案和云辐射方案的组合,取得了优于其他组合的预报结果。     

用双多普勒雷达反演降水系统三维风场试验研究

双多普勒雷达是探测云和降水三维风场比较有效的手段 ,双多普勒雷达同步观测可以获取到散射体两个方向的径向速度资料 ,这两个方向的风场资料与其他约束条件如质量连续方程结合就可以得到风场的三维结构[1～ 3] ,双多普勒雷达已经应用于龙卷、对流云等中尺度风场的探测和分析以及大型活动的气象保障中。为了研究我国长江流域梅雨锋暴雨的三维中尺度结构 ,2 0 0 1年 6～ 7月 973“中国暴雨试验研究”项目在长江中游和下游开展了梅雨锋暴雨的外场试验 ,在合肥、马鞍山和宜昌、荆州设置了两个双多普勒雷达观测系统 ,以获取暴雨系统的三维结构 ,…     

卫星遥感反演降水研究进展简述

高质量的降水数据是开展天气、气候、水文、生态等研究的重要基础.由于传统地面雨量计站观测和地基雷达观测受站点数量和地形条件的限制,很难实现大范围降水的均匀观测,而卫星反演降水能有效弥补传统观测站网的缺点.根据卫星反演降水的原理,简要概述了可见光、红外、微波、多种传感器组合的卫星降水反演算法、总结了5种不同卫星数据反演产品...     

星载双频测雨雷达航空校飞试验降水反演分析

2010年9月6日到10月20日,在江苏东台黄海附近进行了中国首次星载双频(Ku和Ka波段)测雨雷达的外场校飞试验,获得了宝贵的机载雷达数据。利用所探测的有效降水资料,对机载雷达的降水探测能力进行了性能分析。对比机载测雨雷达和同步星载测雨雷达(Precipation Radar,PR)探测的反射率因子廓线可以发现,机载雷达反射率因子廓线在1.55 km高度的探测结果和PR较为一致,尤其是融化层一致性更好,表明机载雷达有探测降水垂直结构的能力。为了进行Ka波段机载雷达的降水反演,利用卫星数据模拟器(Satellite Data Simulator Unit,SDSU)计算了k-Z_e和R-Z_e关系的系数,并在此基础上进行了衰减订正以及雨强的反演。结果表明,Ku和Ka波段反演的雨强廓线基本一致,证实了反演系数的合理性。     

利用微波成像仪资料反演台风Aere(2004)降水水平结构

利用热带降雨测量卫星（TRMM）的微波成像仪（TMI）和星载测雨雷达（PR）资料，从台风Acre（2004）接近台湾岛的观测资料中选取3个时次的数据，采用4种不同方法进行TMI反演降水试验。结果表明，常用的仅用高频通道反演降水方法的效果并不理想，多通道直接组合法的反演结果虽然稳定性很好，但始终无法达到最佳，多通道直接对数组合法的反演结果虽然有时较好，但反演结果不稳定，而多通道间接对数组合法既可以较好地表征弱降水区的范围和强度分布，又能描绘强降水区的位置，且反演效果稳定，是由微波亮温资料反演洋面降水的一种较为理想的方法。结果对于利用我国自行发射的气象卫星遥感资料反演降水具有一定的参考价值。     

TRMM卫星微波成像仪分级产品及其反演降水算法

文章叙述了获取定量降水信息的意义，简要介绍了对热带测雨卫星TRMM(Tropical Rainfall Measurement Mission)的仪器、美国国家宇航局提供的微波成像仪TMI(TRMM Microwave Imager)分级产品。对比了物理方法和经验方法反演降水的特点，并对一些经验方法以及倾斜对流系统对反演降水的影响、动态聚类分析、神经网络反演方法的研究成果进行了介绍。     

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。     

城市效应对登陆热带气旋妮妲降水影响的模拟

运用中尺度数值模式WRF耦合城市冠层模式（urban canopy model,UCM）,对2016年登陆深圳的热带气旋妮妲（1604）（以下简称妮妲）进行数值模拟。高分辨率数值模拟较好地再现了妮妲登陆前后的强度、路径和累积降水。利用城市化过程当中城市冠层对热带气旋降水的敏感性试验结果表明:城市冠层会减弱对流运动和水汽的输送,导致热带气旋登陆后珠江口城市群区域累积降水量略减少。应用最新的土地利用资料进行的城市下垫面敏感性试验结果表明:由于城市下垫面粗糙度增加,造成登陆地面风的减速,强度减弱,潜热通量与2 m高度比湿相应减小;城市下垫面粗糙度增加会加强该区域垂直对流运动以及不稳定能量增加,有利于降水增强,尤其在城市化下垫面处,热带气旋登陆后6 h累积降水增加量最大可超过20 mm。总体而言,对登陆热带气旋降水而言,耦合城市冠层使城市区域热带气旋降水减少,但在数值模拟中城市冠层影响作用不显著。城市化下垫面对登陆热带气旋暴雨的增幅作用明显,在登陆热带气旋降水预报中应重视。     

Improved Tropical Cyclone Forecasts with Increased Vertical Resolution in the TRAMS Model

The numerical simulation of typhoons has been found to be very sensitive to the vertical resolution of the model. During the updating of the TRAMS model from version 1.0 to 3.0, the horizontal resolution has been increased from 36 km to 9 km, while the vertical layer number only increased from 55 to 65 layers. The lack of high vertical resolution limits the performance of the TRAMS model in typhoon forecasting to a certain extent. In order to study the potential improvement of typhoon forecastin...     

热带气旋降水客观分离业务化探讨

针对中国热带气旋(Tropical Cyclone,简称TC)降水的分离问题,利用国家气候中心任福民等提出的客观天气图分析法(Objective Synoptic Analysis Technique,简称OSAT)对2005年影响我国强度达到台风以上的6个TC降水进行了客观分离,并与人工的主观识别方法进行了对比.结果表明,OSAT客观方法由于对TC外围流系最大范围半径D1设置偏大,导致原来的判别测站数比主观方法多,其他系统或TC和其他系统共同作用的降水被包含进来,所以误判率较高,但遗漏少.为了减少误判率,将OSAT方法中的D1根据实况环流场给出,判别准确率得到了提高,但会出现判别结果比主观方法略偏少的现象,原因是TC和其它系统(冷锋、西风槽等)的相互作用结果没有考虑进去.总的来说,对D1的设定由原来根据TC强弱度给出常参数方案组改为根据实况观测、云图等资料获得后,提高了识别效果.使用该客观方法识别TC降水的精确度能满足业务需求,可以投入业务使用.     

中国台风降水分离客观方法的改进研究

针对中国台风降水的分离问题,对原客观分离方法进行改进研究。首先提出判别指标,然后对主、客观方法分离台风降水结果进行对比分析,在此基础上确定了将原客观方法中两个重要的参数由固定参数调整为可变参数的方案思路,并最终确定了最佳改进方案。结果显示,客观分离方法的改进效果十分明显。此外,对客观方法进行个例检验,并引入了美国卫星综合降水（CMORPH）资料,结果表明改进后客观方法在双台风降水和台风与中纬度系统相互作用产生的降水识别上均表现出较强的能力。     

风云卫星高时空分辨率资料在热带气旋监测预报中的应用

阐述了高时间、空间分辨率卫星资料在台风结构、强度、路径和降水监测预报等方面的应用能力和现状。通过高时空分辨率卫星观测,在台风内部中尺度云团快速生消特征、外围及高低层环境气流演变和配合、台风降水的落区判断等方面都有了长足进展,从而推进了台风预报水平的提高。在此基础上,探讨我国未来FY-3极轨、FY-4静止卫星发展计划,将通过增加新仪器、提高区域观测频次和空间分辨率、组网观测等手段,进一步辅助提升台风定位、定强及风雨预报的准确率。     

Analyses of Orissa Super Cyclone using TRMM (TMI), DMSP (SSM/I) and OceanSat-I (MSMR) Derived Data

The super cyclone in October 1999 was the most intense tropical cyclone in the last century in Orissa, a coastal state in India. This state was battered for more than two days by strong winds and intense rain killing thousands of people. The main objective of this study is to examine the impact of total precipitable water content (TPWC) and surface wind speed data from sensors on board the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM), Defense Meteorological Satellite Project (DMSP), and Indian Remote Sensing Satellite (OceanSat-I) satellites on the data assimilation system at NCMRWF, New Delhi during the Orissa cyclone period. Comparison of various assimilation experiments suggests that the utilization of TRMM Microwave Imager (TMI) data in the assimilation produced the best analyses. However, in all the forecasts, the storm was predicted to weaken and did not have a reasonably good track. Assimilation experiments with the other two satellite data showed the cyclone track much to the south of the observed track and also it was a weak storm. Biases in the data, when compared with each other, are evident in the analyses also. Better analyses are obtained when the satellite data are used in the originally obtained resolution than when reduced by averaging. A forecast experiment with assimilated data, utilizing the Cloud Motion Vectors (CMVs) from METEOSAT along with TMI data, produced the best forecast among all the experiments. However, the forecast quality was poor. A high-resolution data assimilation experiment was carried out to see the impact of model resolution on the analyses of the cyclone. The strength of the cyclone further increased when higher resolution TMI data were included. The study highlights the need for more satellite data over the Indian Ocean, where conventional data coverage is too poor to define the vertical structure of the atmosphere.     

基于微波成像仪资料反演陆面降水

为了探讨微波亮温与降水的关系,结合时空匹配较好的TRMM卫星测雨雷达(PR)、微波成像仪(TMI)资料,用逐步回归方法,建立统计反演降水的新算式,并对新算式反演结果进行验证.结果表明:对0.1～3 mm/h和3～6 mm/h的降水来说.新算式反演结果与PR雷达反演降水相关较好;对6～10 mm/h的降水来说,新算式反演结果与PR雷达反演降水相关较差;对于大于10 mm/h的降水,新算式反演结果与PR雷达反演降水有较好的相关性,但均方根误差比较大,说明用这种方法反演降水,对于强降水中心的确定有很好的参考价值,但反演结果较实际偏小.通过对2004年7月18日发生的一次特大降水反演结果表明,卫星反演雨带的空间分布、强降水中心位置与PR雷达反演降水以及地基雷达反演降水基本一致.