AMSU-B微波资料反演对流云中冰粒子含量

微波遥感可以穿透云顶直接探测云内的冰粒子分布,NOAA系列卫星微波湿度计(AMSU-B)的3个水汽吸收波段对冰粒子含量的变化有着很好的响应,受冰粒子的强烈散射衰减作用,亮温随冰粒子的增加而降低.因此,可以利用3个水汽通道亮温变化判断云中冰粒子的含量.根据模拟实验结果,确定了对流云状态下各水汽通道对冰粒子的响应高度,冰粒...     

应用AMSU-B微波资料分析0509号Matsa台风水汽场分布特征

热带气旋的形成、发展、移动以及消亡与大范围水汽输送和集中息息相关。此研究以2006年7—8月的AMSU-B的183.3±1、183.3±3、183.3±7GHz三个水汽通道亮温为主要资料源,利用三个通道所在的权重高度差异,分别建立了对流层高、中、低层水汽量与三个通道亮温的e指数统计回归关系。在此基础上,选取西北太平洋2005年09号麦莎台风,利用AMSU-B亮温通过回归关系式计算出的高、中、低层水汽量,就其水汽输送与强度变化关系进行了分析。结果表明,其一,微波水汽通道亮温能够很好地表征热带气旋环境场不同高度的水汽分布和水汽输送,尤其是对流层中层亮温的变化显示出的水汽量的变化与热带气旋强度密切相关;其二,热带气旋发展过程中,除了西南季风形成的西南水汽通道是水汽维持的重要输送带外,东南水汽通道也经常成为登陆热带气旋强度维持的主要水汽供给。     

从气象卫星资料揭示的青藏高原夏季对流云系的日变化

文中利用日本静止气象卫星观测的1981～1994年1天8次的TBB观测值和1978～1994年NOAA卫星观测的1天2次OLR观测值研究了青藏高原地区夏季对流云系季节变化以及对流云的日变化及其东西向移动规律,并对1994年的资料进行了个例分析。结果表明,青藏高原夏季对流云有极为明显的日变化,以00～05SUTC为最弱,15～17UTC最强。在季风雨爆发后的7月中旬到8月上旬在高原中部（30～32°N,90°E）、东部（30°N,97°E）和西部（30°N,85～87°E）有3个TBB低值中心,多年月平均对流中心区云顶高度可达9．6km,而旬对流中心个别地区平均可达13km。对流云区开始发展于东部地区,随后对流云中心逐步向西移动,并于7月中下旬达到最西,此时西部地区从多年平均而言可以有短暂的强对流发展。     

基于卫星和雷达资料的对流云团识别跟踪

强对流天气是福建汛期最主要的气象灾害之一,利用我国自主研制的风云系列气象卫星资料,结合天气雷达和自动站雨量资料,采用多阈值法、面积重叠法、统计法对福建省对流云团的识别、跟踪、未来3h短时降水预报等方法进行研究,在此基础上建立福建省对流云团卫星遥感监测预报业务软件系统。根据2015年5—9月福建省4次典型对流天气过程的业务试运行,结果表明该业务软件系统能准确识别跟踪对流云团的发生发展,对流云团移动过程的降水落区与地面气象观测的实际降水分布一致,对流云团最大降水量的预报准确率为61%,空报率为33%,漏报率为6%。研究成果对对流云团的监测和预报有较好的指导作用。     

基于红外窗区与水汽通道对流云团识别方法研究

卫星观测与辐射传输分析证明,对流云团红外水汽与窗区亮温差(brightness temperature difference,BTD)具有显著特征,利用对流云团BTD红外亮温特征可以识别对流云团。基于对流云团BTD特征建立的全球对流识别系统(global convection diagnostic,GCD)算法通过设立一个BTD单阈值检测对流云团的有无,但是它不能进一步量化对流云团强度。本文利用FY-2GVISSR红外观测数据与CINRAD CAR(CAPPI of reflectivity)雷达观测数据进行对比研究,结果表明:BTD/CAR具有较好线性正相关关系;BTD不仅可以用于识别对流云团的存在,还可以进一步量化对流云团强度;BTD作为对流云团识别因子优于IRW(infrared window)亮温法。基于BTD/CAR相关关系可以实现基于静止卫星红外水汽和窗区观测的对流云团识别与定强。     

霰谱分布特征对强对流云高频微波亮温影响的模拟研究

利用WRF中尺度模式和MWRT微波辐射传输模式,对一次理想对流单体云降水过程进行模拟,研究了霰谱参数对强对流降水云高频微波辐射亮温的影响.结果表明:霰谱参数的改变对对流单体云中冰相水凝物质量浓度分布和高频微波亮温均有影响.减小(增大)霰密度参数会导致霰谱宽度增大(减小),从而导致霰的碰并效率提高(降低),霰空间最大质量...     

用对流-辐射平衡理论理解对流云的外观表现

文章展示卫星云图和飞机航拍照片上的云,试图把云的外观表现与大气的三维空间结构、运动,以及可能存在的内在物理过程联系起来进行分析,用对流-辐射平衡理论理解和解释对流云的外观表现。在未受扰动的情况下,层状云在云图上表现松散。动画显示,不同高度上的云,随其所在层面上的风水平飘荡,走向各不相同。当深对流发生时,云剧烈地翻滚,不同高度上的气流,被对流活动联系在一起。有组织的深对流虽然只在很少的地方发生,却是维持对流层大气热量平衡必须存在的。对流活动把太阳照射在地面上多余的热量散布到对流层大气的内部,抵消了对流层里长波辐射的冷却效应,保持了对流层大气内部的热量平衡。     

HUBEX试验期间地基微波辐射计反演资料的应用研究

在1998年和1999年淮河流域能量和水循环试验(HUBEX)加密观测期间(IOPs),获得了双通道微波辐射计观测资料反演得到的大气水汽含量和云中液态水含量的时间连续资料序列.本文结合天气分析和其他加密观测资料,进行了HUBEX试验期间天气变化同大气水分变化关系的分析.结果表明,天气条件的变化是大气水分变化的主要原因.     

洋面水汽的微波SSM/I资料反演试验

结合1987年7月华北一次降水过程,利用SSM/I微波资料反演了渤海湾洋面大气柱水汽含量。反演结果与探空资料以及天气实况的对比分析表明,洋面大气柱水汽总含量的SSM/I微波反演结果与探空观测符合得较好,而且能够较好地反映非阵性降水的空间分布和时间变化。     

微波辐射计资料在大雾预报预警中的应用

MP-3000A 是一种新型大气探测仪器,可以连续得到从地面到10 km 高度上高分辨率的位温、相对湿度、水汽密度及其廓线。选取大雾发生、维持及消散时微波辐射计观测数据,分析发现,大雾从形成到消散过程中水汽密度、相对湿度和位温均有不同变化;大雾发生前近地层大气中的相对湿度、水气密度一般会稳定增加,大雾发生时两者会有爆发性增加的现象。大雾维持阶段在近地层多伴有逆温层,辐射雾逆温层明显;大雾期间雾层高度有稳定型也有波动型,雾层高度下降时大雾会迅速加强。大雾消散时近地层大湿区减小抬升,水汽密度迅速减小。因此研究微波辐射计探测的大气水汽密度、液态水含量和位温,将有助于提高大雾生成与消散的预报、预警。     

用三通道合成彩色图像进行云的分类解释判读

为更好地利用FY-3A气象卫星上中分辨率光谱成像仪(MERSI)资料高空间分辨率及多光谱的优势,细致分析云系在宏、微观方面的多重特征,首先利用平面平行辐射传输模式(SBDART)证明了MERSI的0.65,1.6 μm和11.25 μm通道能够分别反映云光学厚度、云粒子大小、云顶高度的信息,然后采用三通道合成彩色图像的...     

利用FY-2F快速扫描资料分析对流初生阶段的云顶物理量特征

基于FY-2F静止气象卫星提供的2015年5—9月的高分辨率数据,通过温度阈值法识别出深、浅对流后,分析和比较了深、浅对流在对流初生(convective initiation,CI)至发展阶段中云顶高度、云顶快速降温率(cloud top cooling rate,CTC)以及多通道差值等云顶物理量特征的变化异同。结果表明:深、浅对流在CI阶段的云顶物理量特征具有相似变化特征,即云顶高度均在短时间内快速上升,CTC值均先减小后增大;深、浅对流差异表现为深(浅)对流云顶上升高度能(不能)超越水汽层高度;深对流CTC最低值较浅对流CTC最低值更低。基于CI阶段深、浅对流的CTC最低值的差异,通过个例验证,表明利用深、浅对流CTC最低值的差异,可以在识别出CI的基础,判断出CI是否发展成为深对流,从而能提前做出预警。     

用极轨气象卫星资料分析飞机增雨云层条件

综合应用NOAA卫星AVHRR／3和FY-1极轨气象卫星高分辨0．58～0．68μm可见光、1．58～1．64μm近红外和10．3～11．3μm红外多通道资料,充分考虑了云的厚度、云中粒子尺度和云顶亮温的信息,给出了适宜飞机增雨作业云层的卫星遥感判据,建立了云层作业条件分析模型。实际应用表明,卫星遥感分析图可以有效地监测、判识和分析云层的增雨作业条件,应用效果好,可作为飞机增雨航线设计、作业决策的重要依据。通过增雨个例的微波图像特征分析,初步分析了AMSU—B微波图像在人工增雨作业中的作用和应用前景。     

用三通道合成彩色图像进行云的分类解释判读

为更好地利用FY-3A气象卫星上中分辨率光谱成像仪 (MERSI) 资料高空间分辨率及多光谱的优势,细致分析云系在宏、微观方面的多重特征,首先利用平面平行辐射传输模式 (SBDART) 证明了MERSI的0.65,1.6 μm和11.25 μm通道能够分别反映云光学厚度、云粒子大小、云顶高度的信息,然后采用三通道合成彩色图像的方法,对FY-3A气象卫星云图进行云的分类解释判读。该技术可直观区分有云区、无云区,显示海陆分界,并且使不同云类在云图上体现为不同颜色。同时,FY-3A气象卫星高达1000 m甚至250 m的空间分辨率也使云的细致结构更为清晰,两项优势的叠加,大大提升了云的分类解释判读的准确程度和精细化水平。文中还尝试寻找典型云系的三通道特征值,以期为模糊C均值聚类 (FCM) 方法中聚类中心的选定提供经验值参考。     

微波辐射计观测数据在降水预报中的应用

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站2007~2010年夏季地基12通道微波辐射计观测数据,对半干旱区降水前和非降水过程的水汽含量和云液态水含量的变化特征进行分析。结果表明:(1)水汽含量达到2.20 cm可以作为半干旱区降水预报的阈值。水汽含量随时间变化比较平缓,变率约为0.06 cm/h,且降水前24 h内水汽含量均2.20 cm;或者水汽含量开始较小,但降水前水汽含量随时间出现拐点,之后变率开始增加,可达0.19 cm/h以上,进而使水汽含量2.20 cm。这2种情况均可预报可能有降水产生;(2)云液态水含量达到0.20 mm可以作为降水预报的阈值,且降水前云液态水含量随时间变化出现拐点,之后变率开始增加,可以预报1 h后可能有降水。     

利用雷达和卫星资料对一次强对流天气过程的云结构特征分析

利用FY-2D静止卫星、SWAN雷达产品和湖北随州CINRAD/SA雷达资料,结合局地分析预报系统LAPS、自动气象站资料和探空资料等,对2011年7月26日湖北随州一次强天气过程的云结构特征进行了综合分析.结果表明,对流云团的生长中心与雷达反射率因子大值区、云顶黑体亮温TBB低值区和陡变的温度梯度区相对应;云体的合并有助于对流云的发展和维持.单站雷达资料适用于局部回波的形态识别和动力场分析,在两次弓形同波过程个例中,第一次弓形回波产生了降雹,在发展强盛阶段,低层有弱回波区和较明显的人流缺口,出现速度模糊、风暴体倾斜的现象;而第二次则以强降水天气为主.与第二次相比,第一次弓形回波过程有更多、更快的能量聚集和更丰沛的垂直积分液态水含量,有利于冰雹的发生.FY-2D卫星反演的云顶温度和粒子有效半径之间的关系(T-Re)垂直分布显示,降雹的对流云中具有强烈的上升气流,使得粒子有效半径增长缓慢,晶化温度低,没有明显的碰并增长带和降水(雨胚增长)带.     

应用多种探测资料对比分析两次突发性局地强降水

为了做好突发性局地暴雨的临近预报和预警,利用常规天气图、BJ-ANC系统的北京区域雷达拼图和VDRAS风场、地面自动站、风廓线雷达的水平风垂直廓线、卫星云图等多种探测资料,对2009年7月13日和2008年8月14日北京城区的两次突发性强对流局地暴雨天气的影响系统和中尺度系统进行了对比分析,提炼了城区突发对流性暴雨预报预警的预报着眼点。分析表明：两个个例在水汽输送条件、中低层的动力条件、冷空气侵入等方面有有利的天气尺度条件;暴雨之前卫星云图上介于南北两个系统之间的晴空区、对流系统的发生发展与1 km以下的中尺度辐合中心的联系等方面有相似之处;而在雷达回波的移向移速、各层VDRAS风场配置及风廓线雷达资料中水平风垂直廓线结构等方面有差异。通过分析研究,进一步提高了运用高时空分辨率资料作短时突发性对流性暴雨的预报能力,这对于主汛期的预报和服务工作有十分重要的作用。     

三维雷达反射率资料用于层状云和对流云的识别研究

基于层状云和对流云的雷达反射率分布的三维形态特征,提出了识别层状云和对流云的6个候选识别参数,它们分别是:组合反射率及其水平梯度,反射率因子等于35 dBZ的回波顶高及其水平梯度、垂直累积液态水含量及其密度。通过分析候选识别参数分布图和选取的反射率垂直剖面图,用人机交互方式挑选“真实的”层状云和对流云区,统计这6个候选识别参数分布的概率密度特征;最后确定把分布概率密度更集中的组合反射率水平梯度、35 dBZ的回波顶高的水平梯度和垂直累积液态水含量密度作为识别参数,利用模糊逻辑法进行层状云和对流云的识别。用三个个例进行了识别试验,并把用模糊逻辑法识别的结果与用改进的巅峰值法识别的结果进行了比较,结果表明:用模糊逻辑法和改进的巅峰值法都能合理地识别大部分层状云和对流云;由于改进的巅峰值法只考虑了反射率分布的二维形态特征,它容易把对流核的外围识别成层状云,把厚实的层状云识别成对流云,而考虑了反射率分布的三维形态特征的模糊逻辑法在这两个方面有很大改善。     

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。