中国区域逐日融合降水数据集与国际降水产品的对比评估

中国国家气象信息中心基于2400多个国家级台站观测日降水量和CMORPH卫星反演降水产品,采用概率密度匹配和最优插值相结合的两步数据融合方法,研制了中国区域1998年以来的0.25°×0.25°分辨率的逐日融合降水产品(CMPA_Daily)。通过该数据集与广泛应用于中国天气气候领域的两种国际上降水融合产品TRMM 3B42(Tropical Rainfall Measuring Mission, 3B42)和GPCP(Global Precipitation Climatology Project, 1 degree daily)的对比评估,考察CMPA_Daily产品的质量,评价其能否合理体现中国降水的天气气候特征。首先利用2008—2010年5—9月独立检验数据定量对比了CMPA_Daily、TRMM 3B42和GPCP 三种降水产品的误差,结果表明,在误差的时间变化和空间分布上,CMPA_Daily均具有最高的相关系数和最小的平均偏差及均方根误差,TRMM 3B42其次,GPCP的误差相对较大。CMPA_Daily只低估了大暴雨,TRMM 3B42低估了大雨以上量级的降水,而GPCP低估了除小雨以外的所有降水。CMPA_Daily产品因融入了更多的站点观测信息,不论在中国东部沿海,还是中西部地形复杂区,其精度均优于TRMM 3B42和GPCP产品,即使在站点稀疏的青藏高原地区,CMPA_Daily降水量也更加接近站点观测,呈现明显的高相关。CMPA_Daily与独立检验数据的高相关在地形起伏时效果也较稳定,TRMM和GPCP的相关系数则随着地形变化幅度陡变而非常明显地降低。进一步通过对比分析各降水产品1998—2012年的气候平均降水特征表明,3种资料对中国区域气候平均降水量、降水强度、频率分布以及年际变化的总体描述基本一致,因有效融入了更多的中国站点观测信息,不论降水空间分布还是降水量,CMPA_Daily与地面观测均最为接近,在中国的中东部大部分地区对降水的估计精度明显更高,而在站点分布较稀疏的青藏高原地区,CMPA_Daily的降水分布型与TRMM、GPCP卫星融合资料类似,较地面站点插值产品更能体现出合理的降水分布。对中国强降水事件监测对比表明,CMPA_Daily产品可以更加准确地描述降水的强度变化,细致刻画降水空间分布,在把握降水小尺度特征上具有明显的优势,体现出高分辨率、高精度降水产品的特点。     

基于热带测雨卫星探测的东亚降水云结构特征的研究

利用2000—2013年5—10月浙江省70个常规站逐小时降水观测资料来检验同期TRMM卫星3B42RT降水产品,尤其针对台风降水进行了评估。对比分析得出,2000—2013年5—10月3B42RT资料与台站观测资料在3 h、6 h、12 h和24 h 4个时间尺度上降水总量接近,两组数据呈显著正相关,相关系数随时间尺度的增大而加强,相关系数大值区位于浙江西部地区;无论是5—10月还是台风降水期间,3B42RT测雨资料的日变化特征与台站观测资料均较为一致,3B42RT能够准确抓到峰值出现的时间;台风期间3B42RT数据表征的全省降水普遍偏低,但与台站观测数据的相关性明显好于5—10月全时段,且相关系数大值区位于浙江东部沿海地区,台风前后时刻的3B42RT逐3 h降水量差值序列与台站观测降水量差值序列呈显著正相关,两组资料表征的降水量变化随时间的演变趋势较为一致。另外,选取2004年0414号台风“云娜”进行相关分析和基于目标诊断技术检验,发现3B42RT资料对降水的结构预报和实况相似度较高。

     

TRMM卫星与机载雷达在降雨反演中的数据对比个例研究

热带降水测量卫星（TRMM）上搭载的测雨雷达是第一部能够提供三维降水信息的星载雷达,机载雷达也能够对降雨进行实时观测。由于机载和星载雷达观测有很多共同点,所以选择机载、星载雷达数据进行对比。1998年8月26日NOAA/P3飞机对Bonnie飓风进行了一次观测飞行,与此同时TRMM卫星也同步扫过该区域,因此利用对Bonnie飓风的机、星观测数据对应点数值对比、差值对比、平均值对比等,对Bonnie飓风做了进一步分析。对比结果一致,印证了TRMM数据的可靠性,同时进一步验证了双束立体雷达算法的联合算法的可靠性。     

珠江三角洲城市群对夏季降雨影响的初步研究

利用TRMM 2A25卫星降水数据和CMORPH同化数据对珠三角洲地区的降水分布特征进行了探讨,观测表明：珠三角城市群区域总体处于降水的低值中心,且对流降雨的低值中心尤为明显;同时近10 a珠三角核心城市区域降雨有减少的趋势,这种降水减少的趋势可能与珠三角城市化效应有关。本文进一步利用WRF模式模拟分析了珠三角城市群发展对夏季降雨的影响,结果表明珠三角城市化使得该区域降雨减少,其原因为城市化使得地表的蒸发减弱及其大气中的水分供应减少,同时也抬升了珠三角区域边界层高度相应增强了低层大气水汽垂直混合。     

CMPA降水资料在中国地区不同地形下的精度评价研究

以2001—2010年中国地面自动站降水资料为基准,对中国大陆范围内CMPA(CMPA_Daily)降水资料进行精度评价研究,并与CMORPH1.0(CPC MORPHing technique gauge-satellite)、TRMM3B43V7(Tropical Rainfall Measuring Mission 3B43)降水资料精度进行对比,并进一步结合高程、坡度、坡向、坡向修正因子分析地形因子对数据质量的影响并探讨不同地貌类型下数据的精度。结果显示:CMPA在年、月尺度上均能较好地反映降水的多寡,与站点实测数据具有较高的相关性,误差波动较为平稳,数据质量及稳定性优于CMORPH与TRMM;从时间序列曲线显示CMPA的精度呈现较为明显的季节性差异,均方根误差夏季高于冬季,相关系数、百分比偏差、平均相对误差冬季高于夏季,总体而言CMPA夏季的误差高于冬季,由于夏季降水的基数大而导致了百分比偏差以及平均相对误差较低;分析地形的影响表明,高程、坡度对数据质量的影响大于坡向与坡向修正因子;在复杂地形下,高海拔与高坡度地区CMPA精度均有所降低,但降水资料的精度仍然优于CMORPH与TRMM。     

2013年夏季华北乡村站点固城大气氨变化特征

利用2013年6—8月河北省定兴县固城站的NH3连续高时间分辨率观测数据,分析了NH3体积分数水平、变化特征和影响因素。结果表明：2013年夏季固城站NH3小时平均体积分数变化范围为0.9×10-9~862.9×10-9,平均体积分数为43.9×10-9±65.9×10-9。观测期间PM2.5中NH4+平均质量浓度为 (19.77±33.24) μg·m-3。2013年夏季固城站NH3和NH4+质量浓度有较好的相关性,且浓度明显高于华北地区城市站点,说明由于农业施肥等活动导致固城站大气NH3和NH4+质量浓度水平显著提高。夏季NH3体积分数有明显日变化且呈单峰特征。2013年夏季固城站硫氧化率和氨转化率较高,说明SO2和NH3转化为SO42-和NH4+的速率较大。华北地区应加大对由农业活动造成的NH3排放的控制力度,以降低区域二次气溶胶污染。     

TRMM卫星降水数据在天山山区的校正方法研究

本文基于全球降水观测(Global Precipitation Measurement,GPM)及天山山区40个气象站点数据,提出了一种新的热带降水测量任务(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)卫星数据误差校正方法(MERGE),并与广泛使用的地理差异分析(Geographical Different Analysis,GDA)方法进行对比,通过交叉验证来评价两种方法对山区年/月降水的校正效果。结果表明,MERGE方法不仅能提高TRMM的空间分辨率(0.05°),且在年(平均Bias降低了21%)、月(平均Bias降低了37%)尺度上的校正结果都优于GDA方法;校正后TRMM降水的误差在不同月份存在很大差异,即在降水较多的雨季(4—10月)误差较大(MAE3mm),而在干季(11月至次年3月)误差较小(MAE3mm)。MERGE方法不仅能有效改善高海拔地区的降水误差(平均误差降低了59%),且对原始TRMM数据的依赖性较小(R2=0.47),即使在原始TRMM数据表现不佳的局部区域,也能有效降低其误差。     

基于TRMM卫星的近10a甘肃临夏降水变化特征

基于2001~2010年TRMM 3B43降水资料和数字高程模型（DEM）数据,采用回归模型＋残差的方法,对甘肃临夏回族自治州近10 a的TRMM 3B43降水数据进行降尺度运算,并结合研究区6个雨量站的观测值,对TRMM 3B43降尺度结果进行精度检验,在此基础上定量研究了临夏回族自治州近10 a的降水量时空变化特征。结果表明：TRMM 3B43降尺度降水量数据整体上具有一定的可信度,但比地面台站的观测值偏小;甘肃临夏州年降水量呈现出由西南向东北递减的趋势,且降水量随着海拔高度的升高而逐渐增加,两者相关系数为0.82;年内降水主要集中在5~9月,基本占全年降水量的70%以上,其中6月降水量最大,12月降水量最小。     

国产与荷兰CM6B型总辐射仪观测数据对比分析

利用郑州国家基本气象站国产与荷兰CM6B型气象辐射仪器同期观测的太阳总辐射资料,采用统计分析方法,对仪器所采集的数据进行对比分析,并对差异的可能原因进行探讨。结果表明:国产仪器与荷兰CM6B型总辐射表观测数据差异小,日差值的平均值为0.13 MJ·m~(-2),差值标准差为0.75 MJ·m~(-2);仪器月总辐射累计差值有明显的季节性特征,春夏季节的差值稍高于秋冬季节,总体变化趋势平缓,数据均可用,国产总辐射表总体上较为可靠。厂家、型号、参数灵敏度的差异、校准的误差以及人工参与订正数据均是直接造成仪器差值显著的主要原因。     

基于1982~2013年NDVI数据的新疆30年植被状况季节与年际趋势分析

以GIMMS 3g（the third generation Global Inventory Modeling and Mapping Studies Normalized Difference Vegetation Index）数据为基础,利用月合成、标准距平和趋势保留预置白方法进行数据预处理,采用季节趋势分析方法提取振幅0、振幅1和相位1季节表征因子,运用MK（Mann-Kendall）和CMK（Contextual Mann-Kendall）趋势检验获取新疆植被年际和季节趋势变化特征,结合土地利用覆盖数据,侦测显著性变化区域的空间分布特点,讨论并分析不同预处理方法和趋势分析方法下的结果差异。研究表明:（1）植被状况趋于退化的区域面积明显大于植被状况转好的面积,植被退化区域主要集中在南北疆荒漠区域的未利用地和草地,转好的区域则主要集中在山区草地、未利用地和耕地区域;（2）新疆植被年内波动幅度有明显增加的趋势,主要分布在塔里木盆地南缘以北的草地、未利用地和耕地;（3）不同预处理方法下的植被状况趋势显著性结果存在明显的影响,按照显著性信息的提取能力排序,标准距平>趋势保留预置白>原始数据>月平均;（4）耕地区域中有87.88%表现出年内波动幅度显著增加的趋势,53.31%生长季开始期显著推迟。     

FY 3B 1级数据质量保障技术研究

极轨气象卫星1级遥感数据是遥感信息定量应用的基础,了解影响1级遥感数据完整性和时效性的异常现象并在最短时间内进行问题的定位和处理,可以在最大程度上保障该数据的质量。以FY-3B卫星为研究对象,根据国家卫星气象中心多年积累的运行经验,对FY-3B1级数据的质量问题进行了分类,然后从问题现象、问题原因的快速定位和处理方法等方面对1级数据的质量保障技术进行了研究。最后基于研究结果提出了地面应用系统的改进建议,从而进一步提高1级数据的质量。     

NOAA卫星AVHRR 1B数据集的生成及与1A．5转换

原始数据集的生成是遥感业务流程的人口，从标准１Ｂ数据集格式出发，探求出１Ｂ生成并与１Ａ．５格式转换的方法，该方法已投入业务运行，并在地县级森林火情监测系统中发挥出效益。     

华云高精度导航探空仪在甘肃庆阳干旱气候夏季的温湿数据对比分析

以美国国家环境预报中心(NCEP)的FNL(Final)分析场为对比场,分析评估甘肃庆阳地区2017年5—9月的探空温湿数据的质量。通过分析,得出结论:1)探空的温度数据质量较高,表现了很好的一致性,细微结构清晰,误差基本在±0.5 ℃以内;2)探空的湿度数据质量较好,一致性相对温度略差,误差基本在±10%以内,夜间偏湿,下午偏干;3)无论是温度数据还是湿度数据,它们的观测余差都现随气压减小呈现先增加后减小的趋势;4)无论是温度还是湿度,02时误差最小,数据质量最佳,08时和14时的质量相当。     

基于FY3B VIRR数据的新疆沙尘天气遥感监测应用研究

新疆是我国沙尘天气多发区,但是地面测站稀少,使用卫星遥感监测沙尘天气有非常大的优势。利用国家卫星气象中心开发并向各省推广的SMART业务系统,以FY-3B/VIRR为数据源,采用以人机交互方式分析区域沙尘遥感监测方法。以2012年数据为例,对沙尘天气进行了遥感监测,结果表明FY-3B/VIRR数据可有效提取沙尘天气信息,具有较好的沙尘监测评估业务应用前景。     

基于风云3卫星数据的温度植被干旱指数在重庆地区的应用

为探究风云3卫星数据在重庆地区干旱监测中的适用性,以温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI)为监测指标,利用Aqua/MODIS数据为对比数据,对重庆地区2015年夏季(7～9月)旱情进行监测分析。结果显示,重庆夏季主要受轻旱和中旱的影响,旱情较严重的区域主要集中在西部地区。从7月开始,受旱情影响的范围在逐渐加大,旱情程度也在不断加深。结合高程数据(Digital Elevation Model,DEM)和MODIS土地覆盖类型产品数据,将重庆地区划分为低海拔混交林、中海拔混交林、低海拔小起伏山地作物、低海拔中起伏山地作物四类讨论不同地貌类型受旱情的影响。作物类受旱情影响的面积百分比较混交林类大,低海拔相较于中海拔地区受干旱影响的面积百分比更大。为验证基于TVDI的干旱监测结果的准确性,利用重庆市170个地面站点实测的土壤墒情数据为验证数据,通过相关性分析可知,FY3A/VIRR数据与Aqua/MODIS数据不论是在整体相关性还是按不同地表类型分类后与土壤墒情数据间的相关性都较好,且相关系数在0.1水平(双侧)显著相关,说明利用TVDI能较好的反映出重庆地区土壤中的水分含量情况。但两类数据的相关性又存在一定的差异,整体上,Aqua/MODIS数据与土壤墒情之间的相关性要高于FY3A/VIRR数据;分类后,FY3A/VIRR数据与土壤墒情之间的相关性要高于Aqua/MODIS数据。      

利用FY-3A 卫星云图对一次暴雨过程的特征云参数分析

利用FY-3A 卫星MERSI 资料,结合高空常规观测、地面雨量资料,对2009 年6 月28 日湖北梅雨期暴雨过程的卫星云图和特征云参数进行综合分析。结果表明: 楔状云(V 型云)是强对流产生的标志,楔尖是云顶最冷、云顶温度梯度最陡之处;短时强降水通常发生在上升运动剧烈的位置,即在高分辨率的可见光图像上可清晰识别出上冲云顶、纹理及暗影等强对流云特有结构的区域;利用模糊C 均值聚类方法得到的自动化云分类结果显示,此次强对流云主体被划分为“积雨云”类,其平均隶属度系数达0.81;地面小时雨量与云顶黑体亮温呈负相关,而与云光学厚度、云粒子有效半径呈正相关。     

利用FY-3A卫星云图对一次暴雨过程的特征云参数分析

利用FY-3A卫星MERSI资料,结合高空常规观测、地面雨量资料,对2009年6月28日湖北梅雨期暴雨过程的卫星云图和特征云参数进行综合分析。结果表明：楔状云（V型云）是强对流产生的标志,楔尖是云顶最冷、云顶温度梯度最陡之处;短时强降水通常发生在上升运动剧烈的位置,即在高分辨率的可见光图像上可清晰识别出上冲云顶、纹理及暗影等强对流云特有结构的区域;利用模糊C均值聚类方法得到的自动化云分类结果显示,此次强对流云主体被划分为“积雨云”类,其平均隶属度系数达0．81;地面小时雨量与云顶黑体亮温呈负相关,而与云光学厚度、云粒子有效半径呈正相关。     

利用风云3号气象卫星接收系统实现NPP卫星数据的接收

广州气象卫星地面站拥有风云3号气象卫星接收系统,可利用该系统实现接收NPP卫星的HDR数据。以广州站为例,具体地解析NPP的HDR的接收方法:主要是利用气象卫星接收系统中的天线子系统、变频解调子系统、网络存储子系统、站管理子系统,并新建进机分包子系统,从而构成NPP数据接收系统;分别从获取NPP卫星的HDR信号频谱、测试取得解调模式参数、开发数据采集软件、建立存储与分发网络、系统自动化接收处理、制定数据接口协议等方面进行叙述。按照该方法,可推广至各卫星地面站,以构建全国的NPP的HDR数据接收网络。     

基于HJ-1B卫星数据的地表温度反演方法研究

以典型岩溶地貌区为研究区,HJ-1B遥感数据为数据源,通过分别采用覃志豪单窗算法、普适性单通道算法、基于影像的Artis反演算法,并对其中的经验关系式进行修订,最后反演出研究区的地表温度,与MODIS温度产品(MOD11_L2)进行对比分析,探寻适用于岩溶地貌区利用HJ卫星遥感数据进行干旱监测的地表温度反演算法。结果表明,修订后的普适性单通道算法优于其他两种算法,其与MODIS温度产品平均温差相差0.36 K,反演精度达到1 K之内,说明该算法经过修订后适用于反演岩溶地貌区的地表温度。     

基于FY-3B卫星资料的中国南海海区1—3月海雾时空分布特征研究

为全面了解中国南海海区海雾的分布特征,为南海海雾气象服务提供基础背景资料,利用2011—2016年1—3月FY-3B气象卫星资料的雾监测产品,分析了中国南海海区海雾的时空分布特征。结果表明：中国南海海雾具有特定的区域特征,中国南海海雾多出现在华南沿海、北部湾沿海、琼州海峡和海南岛东北部沿海海区,南海南部海域出现海雾概率低;南海出现高频次海雾的时间多发生在2月,1月次之,3月最少。该研究结果可为中国南海海雾研究提供背景资料。