云微物理参数的地基探测反演研究综述

单独利用云雷达反演液态含水量(LWC)廓线,由于降水粒子与冰相粒子的影响,反演结果误差较大。单独利用微波辐射计反演LWC廓线,由于无法得到云的垂直结构,结果也不理想。在云雷达联合微波辐射计反演暖云LWC廓线方法的基础上,根据回波强度区分云滴粒子与降水粒子,根据温度区分云滴粒子与冰相粒子,建立粒子分布模型,提出了利用云雷达回波强度数据与微波辐射计液态水路径数据(LWP)联合反演混合性降水层云LWC廓线的算法,基于2014年6月6日与7日两次混合性层云降水个例,联合反演LWC廓线,分析了该联合反演算法的稳定性和合理性,结论如下：(1)与直接用单一Z-LWC经验关系的方法相比,根据联合反演算法,剔除回波强度中的冰相粒子信息,区分云滴粒子和降水粒子,并采用不同Z-LWC经验关系的方法更加合理。(2)影响联合反演算法的7个参数(非降水粒子Z-LWC经验关系的系数a₁与b₁等)中,降水粒子Z-LWC经验关系系数a₂与b₂的改变对联合反演算法结果影响稍大,偏差在20%~30%左右,而其他参数的改变对结果的影响很小,偏差小于5%,联合反演算法的稳定性较好。(3)联合反演得到的LWC廓线与微波辐射计输出的LWC廓线相比,廓线分布更为合理。

     

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.     

降水条件下的云雷达与微波辐射计反演液态水含量对比分析

为了发展云雷达与微波辐射计联合反演液态水含量的方法, 利用2019年4—9月中国气象科学研究院在广东龙门开展的综合观测试验中的双波段云雷达和微波辐射计数据, 首先检验了在降水条件下微波辐射计天顶观测和斜路径观测两种探测模式反演温度(T)、相对湿度(RH)、液态水含量(LWC)和液态水路径(LWP)的合理性, 然后分析了两种探测设备反演LWC和LWP的差别。得到以下结论: (1)微波辐射计在斜路径观测模式下反演的产品受降水影响较小, 其反演结果明显优于天顶观测模式; (2)两种探测设备反演的LWP相关性较好且随时间变化较为一致, 但云雷达反演LWP与平均回波强度有明显相关, 随着雷达回波强度的增大, 云雷达与微波辐射计反演的LWP之比越大; (3)两种探测设备反演的LWC相关性较差且存在明显偏差, 在不考虑融化层的情况下单波段云雷达反演LWC与微波辐射计随高度变化趋势相近, 双波段云雷达反演LWC与微波辐射计反演结果在1 km及其以上区间存在明显差异。      

机载微波辐射计测云中液态水含量(Ⅱ):反演方法

介绍了机载对空微波辐射计探测云中路径积分液态水含量(L)的辐射传输原理和反演方法;根据吉林省长春市的历史探空资料和典型的层状云液水垂直分布模式,得到该地区4～7月各月随高度而变化的反演公式系数的表达式,并给出了反演误差的数值模拟检验结果：在地面反演值对“真值”的统计相对偏差是15％～25％,在6km高度处为5％～10％,表明该方法已具有实用可接受的精度。此外,为减少由于回归样本中云液水廓线的“失真”给反演造成的误差,本文在对探空廓线作诊断建立云液水廓线时,引入了实际目测最低云底高的信息。数值模拟比较表明,该措施行之有效,使对流层中下层几乎所有高度上L反演值的精度提高了5％～20％,观测高度越低,精度提高的越多。     

格点尺度对TRMM微波成像仪云水数据的影响

选取热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)微波成像仪(TRMM Microwave Imager,TMI)液态水路径(liquid water path,LWP)轨道像元数据为研究对象,探讨了将瞬时探测以及逐月的像元数据进行格点化(0.1°、0.25°、0.5°、1.0°和2.5°五种格点分辨率)时,格点数据的失真情况。对TMI瞬时探测的个例分析结果表明,细分辨率(0.1°、0.25°和0.5°)格点能保留原始像元数据的细节;而随着网格变粗,细节受到较大的平滑。因此对于中尺度到天气尺度的天气系统分析而言,将卫星轨道数据处理到网格尺度不大于0.5°的格点更合适。对逐月LWP像元资料格点化处理的分析表明,细分辨率格点能保留LWP空间分布细节,尽管5种分辨率下LWP的概率密度分布(probability density function,PDF)均相近。因此,对月尺度及以上的气候分析研究而言,格点尺度大小对卫星像元数据格点化的影响不显著。最后利用本实验室计算的TMI/LWP格点数据与欧洲中期数值预报中心再分析资料(European Centre for Medium-range Weather Forecasts Interim reanalysis,ERA-Interim)和NCEP再分析资料(NCEP Climate Forecast System Reanalysis,NCEP CFSR)进行了对比,发现两种再分析资料都高估了LWP;TMI/LWP格点数据与两种再分析资料LWP的多年变化趋势大致相同。     

岚县近54年气候变化特征分析

利用吕梁高海拔山区代表站岚县气象观测站1957年-2010年的气温、年（季）降水量、年日照时数、年蒸发量等地面气象资料,应用线性趋势函数分析法进行了统计分析。结果表明：岚县年平均气温呈上升趋势,冬季增温最显著;降水量的变化总体上呈减少趋势,降水量的减少主要是夏季降水减少所引起。年日照时数有明显的下降趋势,年蒸发量则缓慢增加。     

近50a文山州气候变化特征分析

根据文山州1961—2010年逐年气温、降水量、日照时数等资料,运用线性倾向估计、5 a滑动平均、M-K突变检验等方法计算分析了文山州近50 a各气象要素变化特征。结果表明:①年平均气温前20 a没有规律,后30 a全州均呈现出升温趋势。大部分站点在20世纪90年代初期发生突变,而在90年代末出现明显的升温趋势。②年平均最高气温从60—80年代大部分站点呈现升温的趋势,90年代后全州都呈现下降的趋势,21世纪初期全州又都呈上升趋势;各站点年平均气温发生突变时间不一致。③各个站点极端最高气温均出现多个突变点,年极端最高气温升温趋势没有年平均最高气温升温趋势明显。④近50 a来,各县年总降水量都有一个共性,即全都呈现出线性递减的变化,各县线性倾向率均为负值;年总降水量全州均在2000年后发生突变,但均未出现明显增加或减少的趋势;⑤近50 a来,文山州日照时数仅西畴和麻栗坡表现为增加的趋势,其余测站年总日照时数都在减少。     

定安县近40年气候变化特征分析

采用一元线性回归、累计距平、标准差异常分析等统计方法,分析近40年来定安县气温和降水变化特征。结果表明:(1)近40年来,定安县年、季温度呈变暖趋势,而年降水、汛期呈递减趋势;(2)定安县年平均气温变化可分为2个冷期和2个暖期,降水量演变大体上可分为2个多雨期和3个少雨期。     

长沙冬季降水过程的微波辐射计反演参量特征分析

利用微波辐射计、探空气球、天气雷达和地面雨量等资料,对2020年1-3月长沙国家站5次降水过程的微波辐射计和探空温度廓线、水汽密度进行检验的基础上,分析了 5次降水过程中微波辐射计反演的水汽含量、液态水含量与雷达资料、降水量的变化特征.结果表明,微波辐射计反演的大气温度、水汽密度廓线精度较高,其反演的大气水汽资料可以作...     

机载微波辐射计反演云液水含量的云物理方法

用一维层状云模式产生云样本,通过统计回归求得机载对空微波辐射计测云中路径积分液态水含量的反演系数,与用历史探空统计资料作相对湿度诊断产生云样本的反演方法进行了比较,并通过因素分析、数值模拟检验等方法对机载微波辐射计的探测误差进行估计。对2001年7月8日的个例分析表明,用云模式得到的统计样本,由于加入了对层状云物理过程的考虑,较为符合当天的实际天气情况,在一定程度上减小了由于背景大气条件、云温、云内含水量的垂直分布等的不确定性所引起的反演误差。对反演精度的数值模拟检验表明,各高度层的均方根相对误差在9.5%～12.7%之间,反演精度在所有高度上都高于原方法。对探测误差的因素分析表明,与仪器漂移及背景场引起的误差相比,由云液水垂直分布的不确定所引起的误差是不可忽略的。因此为进一步提高反演精度,根据实际宏观观测资料,对云模式产生的大量样本进行筛选,从中选取与实际云况较为符合的云样本进行拟合,结果表明,采用这一措施可以使反演精度得到进一步改善。     

Analysis of the Relationship between the Cloud Water Path and Precipitation Intensity of Mature Typhoons in the Northwest Pacific Ocean

The relationship between precipitation intensity and cloud water in typhoon systems remains unclear. This study combined time-and space-synchronized precipitation and spectral data obtained by the Precipitation Radar(PR) as well as the Visible and Infrared Scanner(VIRS) onboard the TRMM satellite, to overcome the limitations of precipitation properties and cloud parameters not being synchronized in previous studies. A merged dataset of near-surface rain rate(RR) and corresponding cloud water pat...     

西太平洋赤道海域上空可降水和云液态水的遥感分析

根据1985—1989年中国科学院组织的西太平洋热带海域(0—5°N,110—150°E)综合考察过程中船载双通道微波辐射计五年累计获得的22599组观测资料,以及NOAA极轨卫星资料,综合分析了该海域中水汽总量和云液态水的统计特征及其年际变化,水汽场的整层与下层关系,可降水的日变化及空间分布等特征.指出了某些与陆地上不同的特点,为气候及海上边界层研究提供了有意义的观测事实.同时,给出了五年中辐射计探测与探空测值的统计比较结果.     

北太平洋爆发性气旋的气候特征

利用1968—1987年的海平面天气图资料,分析了爆发性气旋的气候特点。主要内容有：爆发性气旋的发生频率,频率的时间分布,地理分布,大风强度及分布方位、气旋爆发前后的大风、中心气压、加深率等要素的变化。     

Water Vapor and Cloud Radiative Forcings over the Pacific Ocean Simulated by the LASG/IAP AGCM: Sensitivity to Convection Schemes

Characteristics of the total clear-sky greenhouse effect (GA) and cloud radiative forcings (CRFs), along with the radiative-related water vapor and cloud properties simulated by the Spectral Atmospheric Model developed by LASGIAP (SAMIL) are evaluated. Impacts of the convection scheme on the simulation of CRFs are discussed by using two AMIP (Atmospheric Model Inter-comparison Project) type simulations employing different convection schemes: the new Zhang-McFarlane (NZH) and Tiedtke (TDK) convection schemes. It shows that both the climatological GA and its response to El Nio warming are simulated well, both in terms of spatial pattern and magnitude. The impact of the convection scheme on GA is not significant. The climatological longwave CRF (LWCRF) and its response to El Nio warming are simulated well, but with a prominently weaker magnitude. The simulation of the climatology (response) of LWCRF in the NZH (TDK) run is slightly more realistic than in the TDK (NZH) simulation, indicating significant impacts of the convection scheme. The shortwave CRF (SWCRF) shows large biases in both spatial pattern and magnitude, and the results from the TDK run are better than those from the NZH run. A spuriously excessive negative climatological SWCRF over the southeastern Pacific and an insufficient response of SWCRF to El Nio warming over the tropical Pacific are seen in the NZH run. These two biases are alleviated in the TDK run, since it produces vigorous convection, which is related to the low threshold for convection to take place. Also, impacts of the convection scheme on the cloud profile are discussed.     

Retrieval of Liquid Water Path Inside Nonprecipitating Clouds Using TMI Measurements

Quantitative estimates of liquid water path （LWP） in clouds using satellite measurements are critical to understanding of cloud properties and the assessment of global climate change. In this paper, the relationship between microwave brightness temperature （TB） and LWP in the nonprecipitating clouds is studied by using satellite microwave measurements from the TRMM Microwave Imager （TMI） onboard the Tropical Rainfall Measuring Mission （TRMM）, together with a radiative transfer model for microwave radiance calculations. Radiative transfer modeling shows that the sensitivity is higher at both 37.0- and 85.5-GHz horizontal polarization channels for the LWP retrievals. Also, the differences between the retrieved values responding to TBs of various channels and the theoretical values are displayed by the model. Based upon above simulations, with taking into account the factor of resolution and retrieval bias for a single,channel, a nonprecipitating cloud LWP in the summer subtropical marine environment retrieval algorithm is formulated by the combination of the two TMI horizontal polarization channels, 37.0 and 85.5 GHz. Moreover,by using TMI measurements （1Bll）, this algorithm is applied to retrieving respectively LWPs for clear sky, nonprecipitating clouds, and typhoon precipitating clouds. In the clear sky case, the LWP cl~anges from -1 to 1 g m-2, and its mean value is about 10^-5 g m^-2. It indicates that, using this combination retrieval algorithm, there are no obvious systemic deviations when the LWP is low enough. The LWP values varying from 0 to 1000 g m^-2 in nonprecipitating clouds are reasonable, and its distribution pattern is very similar to the detected results in the visible channel of Visible and Infrared Scanner （VIRS） on the TRMM. In typhoon precipitating clouds, there is much more proportion of high LWP in the mature phase than the early stage. When surface rainfall rate is lower than 5 mm h^-1, the LWP increases with increasing rainfall rate.     

河南省非降水云中液态水的卫星微波反演试验研究

云中液态水分布对全球气候和局地天气变化有重要影响, 是判别人工影响天气作业潜力区的重要依据。利用TRMM卫星微波成像仪 (TMI) 85.5 GHz通道垂直极化亮温资料与NCEP再分析资料, 结合VDISORT模式采用逐步逼近方法反演了河南地区地表比辐射率; 再利用TRMM/TMI 85.5 GHz通道垂直极化亮温资料、TRMM/VIRS红外辐射资料及NCEP再分析资料, 结合VDISORT模式采用迭代的方法反演了河南地区云中液态水的垂直积分总含量。与红外卫星云图、TRMM卫星2A12产品及NCEP资料对比分析表明:该研究提出的反演陆地上空非降水云中液态水方法是可行的, 且对云中液态水垂直积分总含量水平分布的反演结果较对比产品结果更好。     

热带印度洋和太平洋ISO活动特征的异同

基于再分析资料,对比分析了热带印度洋和太平洋地区大气季节内振荡（ISO）活动特征的异同。结果表明:印度洋和西太平洋地区ISO活动中心在4月和10月存在季节性跳跃,并且ISO在西太平洋地区活动中心位置南北跳跃的经向距离较印度洋偏大。ISO较强的活动中心也是ISO强度年较差较大的地区,并且各个活动中心ISO强度达到最强的时间存在明显的差异。ISO活动存在显著的年际和年代际变化,在20世纪80年代ISO的活动强度和变化趋势都存在一个明显的转折。夏季印度洋和西太平洋地区ISO都存在较强的北传,赤道地区印度洋ISO强度较强,而赤道以外地区西太平洋ISO强度较强;并且ISO在西太平洋地区北传的速度较印度洋偏慢。无论是冬季还是夏季,当ISO活跃于印度洋和西太平洋时,ISO的空间分布和垂直结构特征都有着明显的差异。     

中国北方云量变化趋势及其与区域气候的关系

利用我国35°N以北地区333个测站46年逐日地面观测总云量、低云量、降水量和温度资料,系统地研究了该地区云和降水的空间分布特征,用趋势分析方法分析了各区内的总云量、低云量及降水量的变化趋势。结果表明,我国35°N以北地区东部总云量、低云量呈明显减少趋势,而西北区西部略有增加。降水量表现出西北区西部及东北区西部呈增加趋...