利用MODIS资料对积雪的遥感监测

通过对遥感卫星资料中云和雪的光谱特征的分析，提出利用中分辨率成像光谱仪（MODIS）红外、可见光谱段数据进行云、雪检测和分离的方法；并提供监测实例来说明利用MODIS数据可进行积雪监测。     

基于CALIPSO卫星资料的京津冀地区MODIS卷云云顶高度订正

卷云在大气辐射中扮演着重要角色,对天气系统和气候变化产生重要影响。相比传统地基观测手段,卫星遥感更容易探测到高层卷云的信息,本文利用CALIOP主动遥感仪器可获取较为准确的薄卷云特性的特点,针对MODIS被动遥感探测器反演的薄卷云云顶高度的偏差开展订正研究。研究选取2013～2017年京津冀地区MODIS云产品,结合CALIPSO卫星的卷云云顶高度数据,基于交叉验证的方法得到线性拟合方案,对MODIS卷云云顶高度进行订正。订正后的MODIS与CALIPSO卷云云顶高度差值的分布区间由?3～2 km变为?2.0～2.5 km,峰值由?0.8 km左右变为0.2 km左右。订正效果随云顶高度和云光学厚度的不同有所变化,其中较低层卷云和光学薄卷云的订正效果更明显。     

利用MODIS资料对积雪的遥感监测

通过对遥感卫星资料中云和雪的光谱特征的分析,提出利用中分辨率成像光谱仪(M OD IS)红外、可见光谱段数据进行云、雪检测和分离的方法;并提供监测实例来说明利用M OD IS数据可进行积雪监测。     

基于MODIS数据的新疆大气气溶胶光学厚度时空变化分析

利用中分辨率成像光谱仪（Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）大气气溶胶光学厚度产品数据,采用三角剖分算法、最近邻点搜索、插值法和趋势分析法,分析新疆气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth,AOD）时空变化。结果表明：（1）新疆AOD总体呈下降趋势且地域差异明显,南疆AOD明显高于北疆,高值区主要集中在塔里木盆地边缘和天山北坡经济带。（2）北疆AOD年际变化不明显。2014年最高,2005年最低,年均值在0.15～0.18。南疆则呈明显的年际变化。最高值出现在2006年,为0.42;最低值出现在2017年,为0.22。（3）新疆AOD呈明显季节变化特征。春季最大,秋季最小。（4）2003—2019年南疆环塔里木盆地北部、东南边缘和北疆沿天山北坡经济带AOD增量明显。     

云顶高度对紫外辐射反演臭氧总量的影响

云顶高度是紫外后向散射反演臭氧总量算法的莺要参数.利用模拟计算,对云顶高度误差引起的与臭氧反演相关的误差,即内插误差,云上臭氧误差以及云下臭氧误差进行了分析比较,结果表明:相对内插误差,云上臭氧误差和云下臭氧误差比较大,且两者不能抵消,反而总是相互叠加在一起.当假设的云顶高度比真实值高,两种误差相加使得反演值比真实值偏高;若假设的云顶高度比真实值低,两种误差相加使得反演值比真实值偏低.在本文假设条件成立的基础上,臭氧反演误差在10%～-20%之间分布.对2003年7月30日低纬地区的EPTOMS(Earth Probe Total Ozone Mapping Spectrometer)云天实测资料反演的结果与理论计算的结果相一致.     

FY-2C静止气象卫星资料对不透明云云顶气压的反演研究

采用红外窗区通道法尝试对FY-2C静止气象卫星图像上的不透明云的云顶气压进行反演,并结合MODIS反演产品和CloudSat/CPR雷达探测产品对反演结果进行对比分析。结果表明:（1） 对于厚实密蔽的云层,不透明云云顶气压的反演结果与MODIS反演结果一致性较好,特别是对于发展较强的对流云和厚实密蔽的多层云,易满足云层比辐射率近似为1的条件,可近似看作黑体;（2） 对于单层云和光学厚度不够厚的云层,反演结果更接近辐射中心,尤其是对于锋面云带暖水云上空覆盖卷云的情况,由于FY-2C对于薄卷云的检测不如MODIS细致,导致反演结果与MODIS和CloudSat存在一定偏差。      

利用MODIS和CERES遥感数据研究青藏高原的云辐射强迫效应

准确估算青藏高原的云辐射效应,对分析该地区的近地面感热通量十分重要.本文首先利用加权平均方法,分别将中分辨率成像光谱仪(MODIS)、测云雷达(CPR)和云与地球辐射能量系统(CERES)的像元数据进行融合.利用这些数据,分析了青藏高原上多云个例(2017年5月5日)与少云个例(2017年8月2日)情况下的可见光通道和...     

EOS/MODIS遥感数据与应用前景

美国地球观测系统（EOS）的TERRA和AQUA卫星的中分辨率成像光谱仪（MODIS）具有36个波段和250－1000m地表分辨率，采取直接广播的形式下发数据，免费接收使用。MODIS遥感数据可广泛应用于地表覆盖变化、生物生产力和生态环境监测、气候预测和自然灾害监测（包括洪涝、干旱、森林草原火灾、雪灾、荒漠化）等领域。     

FY-2卫星反演的云顶高度与多普勒雷达回波顶高的关系初探

对主要用FY-2C/D卫星并融合其他观测资料反演的云顶高度与多普勒雷达回波顶高的关系作了初步探讨。通过对20个主要由积层混合云和层状云造成的降水个例总数万个样本的统计分析表明,卫星反演云顶高与SA型号雷达回波顶高存在较好的正相关关系,两者的关系对组合反射率因子的大小不敏感。卫星反演云顶高与小于18 dBz反射率因子对应的回波顶高比与18 dBz回波顶高更接近,这主要是由于FY-2C/D卫星和SA型号雷达探测和反演的原理不同造成,卫星云顶高反映的是积层混合云和层状云顶部云粒子的辐射特性,而回波顶高体现的主要是云中下部较大降水粒子对雷达电磁波的衰减。     

基于偏差原则利用MODIS红外资料反演大气廓线以及表层温度

遥感方程或大气辐射传输方程是属于第一类非线性Fredholm积分方程,这类方程的显著特征是不适定的,尤其此类问题解的不稳定性,增加了反演的难度.因此需要研究控制反演不稳定性和提高反演精度的有效方法.为了使解稳定,光滑参数γ作为约束因子是必要的.文中结合牛顿非线性迭代法反演大气廓线,利用偏差原则来最优选择光滑参数γ,即在同步反演大气廓线的同时对γ采用分步迭代的原则.最后利用中分辨率和成像光谱仪(MODIS)红外资料进行反演试验,反演结果表明采用偏差原则选取γ明显优于经验法,反演的表层温度和大气可降水量与美国国家宇航局(NASA)的MOD07产品类似.     

基于IDL的MODIS1B数据SST反演

海表温度是重要的海洋环境参数。MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectrora-diometer)具有强大的海洋信息探测功能。采用多通道分裂窗算法,通过交互式数据语言IDL编程,实现了直接利用MODIS1B数据进行海表温度(SST)反演,并将反演结果存贮为标准的HDF文件以供其他软件使用。该方法能够适应对整条轨道的MODIS1B数据进行快速、实时和自动处理,大大节省人力资源,同时提高遥感产品数据的分发和共享能力。     

卫星云图反演资料质量控制方案在暴雨模拟中的对比研究

本文以2003年7月9～10日发生在江淮流域的暴雨过程为例,应用FY-2B卫星红外云图灰度资料,利用统计回归的反演方法求出高分辨率的温度和湿度的反演场用于改进预报的初始场。设计和对比了几种质量控制方案,再将控制后的反演场与常规资料进行同化,最后用MM5模式进行了模拟对比试验。结果表明：在模式的初始场中引入卫星云图反演场能反映出更为细致的中尺度结构,有效地增强了对降水有重要影响的高湿区;锋生函数质量控制方案改善模式的初始场,从而改善了MM5模式降水预报的落区和强度,提高了降水预报准确性及Ts评分。     

多普勒雷达风场信息变分同化的试验研究

文中试验研究了一个在三维变分框架中直接同化多普勒天气雷达信息,获取雷达覆盖范围内大气风场的技术方案。径向风速是多普勒天气雷达数据中可直接被三维变分同化系统用来反演大气风场的唯一信息。由于风矢量有二或三个分量,径向风速作为风矢量的一个分量,不能为反演风矢量提供足够的信息。如果三维变分同化系统仅仅同化径向风速,所存在的不确定性将可能会给所反演的风场带来错误。文中提出的方案,不仅同化雷达径向风速,还同化雷达回波的移动信息,其关键是将雷达回波强度时空变化转换成一个新的雷达观测变量———雷达“视风速”。由于“视风速”是包含风场信息的变量,这在三维变分同化系统中增加了风场探测信息。通过联合利用“视风速”和径向风速,由单一径向风速确定风矢量所带来的不确定性可以被克服。使用中国气象科学研究院数值预报研究中心开发的三维变分同化系统(GRAPES-3Dvar)和广东省新一代天气雷达的监测资料进行了实例试验,结果表明本技术方案能够对获取大气系统结构是有用和有效的,也可用于形成模式初始场,这对中尺度天气预报是有作用的。     

利用NOAA-AVHRR观测数据反演云辐射特性的一种迭代方法

在可见光谱区 ,云的反射函数主要依赖于云的光学厚度 ;在近红外和中红外光谱区 ,云的反射函数主要依赖于云滴有效半径。根据上述原理 ,我们开发了一个利用NOAA AVHRR观测资料同时反演云的光学厚度和云滴有效半径的迭代方案。将该方案用于分析中国东海上空冬季层积云的辐射特性 ,取得了较为合理的结果。     

COSMIC-2掩星反演数据质量分析

为评价COSMIC-2掩星反演数据精度,利用探空站点资料,对比验证了基于COSMIC-2附加相位数据由无线电掩星数据处理软件ROPP计算得到的大气折射率及温湿廓线。实验结果表明:COSMIC-2数据经反演后的大气廓线质量较高,大气折射率相对偏差标准差为1.5%~4.3%,大气温度和相对湿度均方根误差分别为1.3~2.2 K、10%~15%;低纬地区样本精度总体优于中纬地区; 季节性差异不明显,但冬春季样本精度总体略优于夏秋季。反演数据与COSMIC-2二级产品相比,折射率与温度在部分高度层精度更优,相对湿度在总体上精度更优。      

利用MODIS资料反演北京及其周边地区气溶胶光学厚度的方法研究

基于 6S辐射传输模式 ,文中同时采用暗像元法和结构函数法建立了利用EOS Terra/MODIS 0 .6 6和 0 .4 7μm通道数据反演陆地气溶胶光学厚度的遥感模型 ,用于获取北京及其周边地区的气溶胶光学厚度。同时 ,利用与卫星观测同步的地基太阳光度计观测资料估计的气溶胶光学厚度数据验证卫星资料反演结果。研究结果给出了如何选择算法、卫星通道数据和气溶胶模型的最佳组合获取理想气溶胶光学厚度的方法。采用 4种气溶胶模型供反演计算选择。在研究中发现 ,暗像元法不适用于城市地区气溶胶光学厚度反演 ,这不仅与亮地表条件的限制有关 ,而且具有强吸收特性的城市气溶胶也是重要影响因素。两种算法由相同气溶胶模型假定误差造成的气溶胶光学厚度反演误差方向 (增加或减小 )相反。反演试验获取的气溶胶光学厚度分布指出 ,石家庄—北京—天津一线易出现气溶胶光学厚度高值带。     

利用AVHRR资料分析黑河地区地表特征

本文利用1985年7月13日15地方时过境的AVHRR卫星资料,分析了黑河流域及邻近(150km)~2范围的地表特征。分析给出了该地区太阳可见光和近红外波段的行星反射率以及大气红外窗区亮度温度的空间变化;较详细地讨论了不同区域下垫面的一些辐射特性;最后对比分析了卫星估算和地面观测结果。     

单多普勒雷达二维风场反演——Extended VPP方法

文中提出的EVPP(Extended Velocity Plan Processing)方法是根据风场连续及局部分片光滑的性质,假定在一很小的分析窗内风矢量保持线性变化关系,使得在分析窗内反演得到的风场在矢径上的投影与实际观测的多普勒雷达径向速度场之间的误差达到最小,并利用零速度线这一特点对问题的求解做出约束,使得所得解尽可能达到全局最优,即(1) 利用变分的思想求出水平风速的大小及方向;(2) 利用风场局部分片光滑,对风的方向做出矫正.虽然由于风场受到线性假设这一限制,使得其使用的范围得到了局限,但是在本文中利用零速度线这一特征使得反演的结果得到了进一步的提高.文中利用模拟的理想个例和实际观测到的个例分别进行了研究分析.为了证明其理论的可行性,首先我们利用三维冰雹云模式模拟了辽宁2005年7月8日的一次冰雹云过程,考虑到个例的代表性,我们选择了辐合、辐散、旋转以及均匀风场等4种类型的流场结构进行了模拟分析,同时为了验证该种方法对于资料质量的依赖性以及噪声的敏感性,我们在理想质量中加入了随机噪声.从对模拟风场的反演,证明了该方法理论上的可行性,而且噪声对其结构的影响不大.然后针对台风、飑线、强对流等实际天气过程作了进一步分析.最后对反演结果进行了误差分析,结果表明这一方法能较好地反演出中尺度系统的水平流场结构.     

RETRIEVAL OF QINGHAI-XIZANG SASWR WITH ERBE AND ISCCP DATA

In the context of 1985—1988 ERBE and 1984—1988 ISCCP planetary scale albedoes and totalcloudiness in combination with Qinghai-Xizang actinometric measurements,investigation wasperformed of the climatic retrieval of surface absorbed shortwave radiation(SASWR)in theresearch highland.Evidence suggests that the method has given higher fitting accuracy with meanerror of 9.8 W m~(-2),whereupon was calculated the monthly mean SASWR flux density at thegridpoints of 2.5°×2.5°resolution over 25—40°N,75—95°E and 63 stations alongside a set of thedistribution maps prepared for its basic features.     

TOVS卫星反演资料变分分析的试验研究与应用

为弥补海洋、高原等地带常规资料的不足,分析使用非常规卫星资料得到越来越多的重视,其中TOVS资料的精度及与常规资料的误差减少的研究尤为重要。本文采用变分分析技术对TOVS卫星反演资料进行同化分析研究,结果表明,变分结果分析场能充分体现常规与非常规资料的优势,使得天气系统能得到更精确的表示。