西藏地区雷暴的卫星云图特征研究

利用2006～2008年FY2-C卫星资料和西藏自治区雷暴记录资料,采用通道差异及云指数法对西藏地区雷暴在卫星云图上的特征进行了分析研究。结果表明,雷暴开始时刻,拉萨、日喀则、当雄卫星通道差异和云指数特征明显,红外-分裂窗亮温差值为-5～5℃、红外-水汽亮温差值为-10～10℃和FYCDI云指数为-0.11～0.28K,能较好指示西藏雷暴的开始。从初始时刻至成熟强盛阶段,雷暴的红外和水汽亮温均表现出强烈的降温,其中,雷暴开始时红外和水汽亮温下降约15℃左右,并于1～2小时后达-70℃左右的最低值,达雷暴强盛阶段;成熟阶段雷暴的红外-水汽亮温差值为0～-5℃,FYC_TS值为0左右。      

雷暴云特征数据集及我国雷暴活动特征

基于FY-2E气象卫星相当黑体亮度温度（TBB）和云分类数据（CLC）及全球闪电探测网（WWLLN）闪电数据,通过对TBB不超过-32℃的云区进行椭圆拟合,定义1 h内上述云区或椭圆区域有WWLLN闪电发生的个例为雷暴云,获得雷暴云时间、位置、形态、结构、闪电活动等特征参量,构建雷暴云特征数据集,并基于该数据集初步分析了我国陆地和毗邻海域的雷暴活动特征。研究表明：我国华南、西南、青藏高原东、中部和南海雷暴最为活跃,华北和东北地区是北方雷暴活动较强的区域。雷暴活动时间变化海陆差异明显,陆地雷暴活动峰值出现在6—8月,南海雷暴活动一个峰值出现在5月左右,另一峰值出现在8月后,且纬度越低出现越晚。陆地大部分地区雷暴活动在14：00—20：00（北京时）达到峰值,毗邻海域雷暴活动峰值主要出现在早上。雷暴云TBB不超过-32℃面积符合对数正态分布,峰值区间位于1×103~1×104 km2,平均值为3.0×104 km2。南海雷暴云面积最大,陆地上大于雷暴云面积平均值1.2×105 km2的区域主要分布于我国地形的第一阶梯和柴达木盆地。     

西藏中东部一次强雷暴天气过程的云图特征分析

利用FY-2C红外卫星云图图像和TBB资料,结合地面常规气象观测资料、地面和高空天气图及物理量资料等,运用天气分析诊断方法,对2008年6月28日—7月3日发生在西藏中东部地区的一次强降水雷暴过程的发生、发展和演变的环流特征、卫星云图特征和物理量场特征进行分析,并试图建立预报标准,形成预报思路和预报概念模型。结果表明：本次过程在FY-2C卫星云图、大尺度环流形势场和物理量场上都有明显的特征。TBB低值区、水汽条件、垂直散度场配置、高温高湿、层结不稳定是预报强雷暴天气的着眼点。TBB低值带与强降水雷暴的落区有很好的对应关系。暴雨的发生区往往是TBB的相对低值中心,雨带摆动及强度与TBB低值带的摆动和强度相一致。TBB≤-33℃,应注意强降水的预报。TBB≤-50℃,可能有暴雨出现。TBB≤-60℃,可能出现大暴雨并伴有雷暴天气。TBB≤-33℃的范围越大、强度越强,降水持续的时间越长、降水强度越强。     

2006年6月10日浙江飑线FY-2C卫星云图特征

利用FY-2C静止气象卫星云图和中尺度加密地面气象监测资料,采用Weiss-Smith方法、云顶亮温分层、多谱组合等定量分析技术对2006年6月10日发生在浙江中北部地区的一次冰雹和雷雨大风天气的飑线过程进行连续监测和对流云识别分析。FY-2C卫星云图定量分析结果表明这次飑线过程对流最旺盛期TBB低于230K(-44℃);长波红外分裂窗双谱组合Tc≤-4的低值区与强风暴天气影响区域相对应,Tc≤-7低值中心与强雷达回波区相对应;强对流天气区域与分布在沿对流云团前进方向的TBB梯度最大区域有很好的对应关系,强风暴天气发生区的移动路径与TV正梯度最大区域的移动路径相似。     

FY-2C卫星反演云参数产品在一次飞机增雨作业中的应用

本文通过对一次人工增雨作业过程的分析,初步讨论了卫星反演产品在人工增雨作业指挥中的指导作用,利用反演得到的云顶温度、高度和云粒子有效半径可以用于选择最佳增雨作业区域,结合作业前后这三个参数变化的情况,还可初步检验增雨作业的效果.     

多通道卫星云图云检测方法的研究

通过对2002年7、8、9三个月,范围为(8.65°N～59.65°N,73.22°E～134.42°E)的GMS-5卫星云图3000多次数字资料的取样,根据遥感原理和样本统计特征,探讨了常用的通道阈值法云检测方法,并尝试建立了红外分裂窗通道差值法和通道综合运算法的云检测方法。通过各种检测方法比较分析后发现:对通道阈值法,只要用红外一和可见光两个通道的阈值,就可得到较好的检测效果,但用这种方法阈值要随着太阳高度角和季节的变化发生相应的变化,虽阈值变化的幅度不大,却会对云检测工作带来很大的不便。此外,该方法云检测的结果存在地理位置的影响,即检测出的云量在中低纬度偏多而较高纬度偏少。作者建立的通道综合运算云检测方法,不仅改善了地理位置的变化对云检测带来的影响,而且通过红外分裂窗通道差值检测,可减弱太阳高度角的影响,减少了检测过程中阈值变化的繁琐,同时得到了更好的检测效果,检测结果与其可见光图像中的云区相比基本符合。     

基于FY-2C红外资料进行夜间云检测的方法研究

应用2007年4月30日20时至5月1日03时的FY-2C红外亮温资料、地面云观测资料以及地理海拔高度资料,详细分析了无云条件下红外亮温与地理海拔高度之间的关系特征。通过建立夜间无云条件下红外亮温与地理海拔高度之间对应关系的标准数据库,以此为判据实现了有云区和无云区的分离,云检测个例结果表明正确率可达88%;将无云区误判为有云区的百分比为4%,同时将有云区误判为晴空区的百分比是8%。在云区的云检测正确率为82%;在无云区的云检测正确率达到92%。在业务化应用和适用性分析中,以5月1日00时资料建立的判据,分别对5月2日至5日00时整个区域进行云检测试验,分析结果表明其总体准确率与5月1日00时的基本接近但稍高,达到92%。在云区的判识正确率提高到93%,从而导致总体准确率稍微提高;而在无云区的判识效果与5月1日00时的一致为92%。     

利用FY-2C静止卫星资料反演云粒子有效半径的试验研究

为充分发挥FY-2C静止卫星在人工影响天气和气候领域的重要作用，基于SBDART辐射传输模式，利用该卫星通道4（3．5～4．0μm）的探测数据，反演了云粒子有效半径，并与TERRA上MODIS的相应产品做了比较。结果表明，FY-2C和MODIS资料能一致地反映云粒子有效半径分布的主要特征，但反演的粒子大小存在差异。反演算法、卫星分辨率及选取通道的不同可能是造成两种资料间差异的主要原因。     

FY-2C/D卫星微物理特性参数产品在地面降水分析中的应用

针对2007年7月14日和2008年8月16日发生在江淮地区的两次强降水天气过程,将FY-2C静止卫星的红外、近红外和可见光通道等多光谱数据反演得到的云液水路径产品与同时段地面观测的加密雨量资料进行对比,发现:云液水路径的大值区与强降水中心的位置基本一致,云液水路径的大小与地面雨量的大小呈现正相关关系.结果显示,卫星反演的云特征参数产品在地面降水分析方面具有可用性.     

用FY-2C/D卫星等综合观测资料反演云物理特性产品及检验

云的宏微观物理特性参数无论对天气、气候还是人工影响天气的研究和业务都有十分重要的应用价值.基于FY-2C/D静止卫星遥感观测,融合高空和地面等其它观测资料,研发了近10种云宏微观物理特性参数的反演技术方法,并实现业务化运行.简单介绍反演得到的云顶高度、云顶温度、云过冷层厚度、云暖层厚度、云底高度、云体厚度、云光学厚度、云粒子有效半径和云液水路径等近10种云宏微观物理参数产品的物理意义、反演技术方法和业务流程等;对主要云参数产品,利用最新获得的Cioudsat云卫星实测结果进行了对比检验和可用性分析;将反演产品同MODIS反演的同类产品进行对比分析,发现两者具有较好的一致性.     

A Case Study of Impact of FY-2C Satellite Data in Cloud Analysis to Improve Short-Range Precipitation Forecast

Chinese FengYun-2C（FY-2C） satellite data were combined into the Local Analysis and Prediction System（LAPS） model to obtain three-dimensional cloud parameters and rain content. These parameters analyzed by LAPS were used to initialize the Global/Regional Assimilation and Prediction System model（GRAPES） in China to predict precipitation in a rainstorm case in the country. Three prediction experiments were conducted and were used to investigate the impacts of FY-2C satellite data on cloud analysis of LAPS and on short range precipitation forecasts. In the first experiment, the initial cloud fields was zero value. In the second, the initial cloud fields were cloud liquid water, cloud ice, and rain content derived from LAPS without combining the satellite data. In the third experiment, the initial cloud fields were cloud liquid water, cloud ice, and rain content derived from LAPS including satellite data. The results indicated that the FY-2C satellite data combination in LAPS can show more realistic cloud distributions, and the model simulation for precipitation in 1–6 h had certain improvements over that when satellite data and complex cloud analysis were not applied.     

北京首都国际机场暖切初雷天气的特征分析

针对近两年北京首都国际机场的两次暖切初雷进行研究,总结预报经验,探讨预报的可行性,结果表明:1)两次暖切初雷中,500 h Pa高度层均有浅槽存在,且500 h Pa高度层的正涡度区到达本场附近的时间与雷雨发生时间一致,同时低层有较强的辐合抬升;2)从雷达图像来看,两次雷雨发生时,本场附近均存在明显的速度辐合,雷雨回波为局地生成;3)相当黑体温度(Black Body Temperature,TBB)越低,对流越旺盛,所以TBB等值线图可以用来推断对流的发展趋势;4)在雷雨发生时段,基于风云2号气象卫星的雷暴云指数值介于0~0.5之间,雷暴云指数的变化趋势可以较准确表征雷雨发生的时间。     

基于FY-4卫星资料分析暴雨云系特征

本文利用FY-4气象卫星单通道云图和多通道组合,以2019年7月28日四川省眉山市的一次暴雨过程为例,分析暴雨云系的演变和微观物理性质等特征,结果表明：此次暴雨过程中出现两次对流云团的合并,云团的合并造成了暴雨区域和强度增大,属于多个对流云团多次合并,暴雨云团中有强烈的大尺度垂直上升运动,整层大气水汽充足,为强降雨提供了较好的水汽输送和动力条件。多通道RGB合成图能以色彩的形式有针对性地突出对流系统、冷暖气团、云粒子相态等属性,造成此次暴雨过程的对流云团主要为伴随强烈上升气流的由冰粒子组成的高层积雨云。FY-4气象卫星在暴雨等强对流天气监测中有着重要的作用,补充了常规天气资料分析的不足,为短时天气预报提供一种思路。     

一种人工神经网络云分类方法的改进与应用

采用2005—2009年FY-2C静止气象卫星可见光和红外自旋扫描辐射计的红外1(IR1)、红外2(IR2) 和水汽 (WV) 亮温资料,选取2449个云分类样本。设计两层嵌套的前向传递后向反馈 (BP) 人工神经网络模型,第1层网络选取IR1,IR2,WV亮温及IR1与WV亮温差和IR2与WV亮温差5个特征量,第2层网络选取特征量IR1与IR2亮温差,两层网络都采用一层隐含层且带有附加动量法的简单网络,降低了网络的冗余度。误差分析表明:嵌套BP人工神经网络模型的分类准确率在中云和薄卷云这两类上分别提高了42.7%和11.3%,整个分类模型的平均平方误差和标准化平均平方误差分别降低了6.1%和44.7%,相关系数提高了3.4%。通过3个个例的对比分析发现,嵌套模型的分类结果比传统模型的分类结果更合理,特别是在中低云和薄卷云的云量和位置分辨能力上有了较大提高。     

FY-2E卫星资料在基于LAPS的台风三维云分析中的应用

LAPS(Local Analysis and Prediction System)采用物理初值化与三维变分约束相结合的方法,通过融合多源观测资料,发挥各种资料的优势,分析得到较为客观的三维云场,并可改善数值模式初始场。将FY-2E卫星可见光反照率和红外亮温资料引入LAPS,针对2014年6月登陆我国的台风"海贝思",设计不同水平分辨率的同化试验,研究台风三维云结构和初始场的改善情况。结果表明:1)LAPS云分析中引入卫星可见光反照率资料之后,总云量有显著的调整,能够较清晰地分辨出台风眼区、云墙和螺旋云带,卫星红外亮温资料在云顶高度的调整中发挥了重要作用,而且高分辨率的云分析结果有助于更好地分析出台风结构和强对流区域。2)LAPS物理初值化技术将卫星资料中的云结构和微物理信息添加到初始场中,一定程度上调整了数值模式初始场中垂直速度、云水、云冰和水汽场等变量的分布,提高了模式初值质量,对模拟和预报台风系统将会产生一定的影响。     

一次西南低涡造成华南暴雨过程的FY-2卫星观测分析

2008年6月11-13日华南发生了一次西南涡暴雨天气过程,其中,广西区有6个台站11日20时至12日20时的降水打破6月雨量历史纪录,分别为东兰306mm、环江218 mm、灵川270mm、桂林251 mm、柳城177mm和田林163 mm.采用FY-2卫星云图资料、NCEP再分析资料、常规观测资料及地面降水资料,对这次强降水过程的暴雨云团及其影响系统和环境场作了分析研究.结果表明:(1)红外和水汽图像配合,可以反映西南低涡发展东移过程中低层辐合带云系、高空扰动云系和弱冷空气的不同作用,云图的演变过程可以刻画强降雨发生时低层辐合、高层辐散的气流结构.(2)本次广西特大暴雨过程可分为两个阶段,第一阶段主要是西南涡东南侧的暖区降水,对流云团分布范围较广,中尺度对流系统具有涡旋状云系结构;第二阶段有弱冷空气南下,在边界层辐合线的组织下,中尺度对流系统组织成线状云带,南移消失.过程中,无论是红外云顶亮温随时间的演变,或者是红外与水汽亮温差的时间演变均可以反映云团的演变过程,并与强降水有较好对应关系.在局地要素满足暴雨发生的必要条件下,监测多通道亮温的急剧下降,可作为重要指标提前2～3 h预警强降雨的发生.(3)西南低涡暴雨云团出现在西南涡东南和南侧的南风盛行区域,云团发展伴有低空急流加强,同时,云系发展与500 hPa正涡度平流的贡献有关.     

一次典型降水层状云的结构特征和增雨潜势分析

利用FY-2C卫星资料、雷达资料和逐时降水资料及NCAR/NCEP(1°×1°)再分析资料,对2005年9月24～25日河南省出现的层状云降水过程进行了分析.结果表明:影响降水过程的是低槽-切变云系,切变线云系为暖云云系,结构较均匀,低槽云系主体为冷云,云顶亮温不均匀,有低亮温带结构,当东移的低槽云系与北抬的切变线云系叠加后,叠加区上有中小尺度云团活动,促使降水加强.强降水出现在700 hPa、850 hPa切变线之间及500 hPa低槽前部,并与云顶亮温的发展变化趋势表现出相似性;500 hPa槽前、700 hPa切变线北侧的降水,雨强与亮温值的对应关系不确定.这主要是由于低槽云系和切变线云系的叠加部位不仅具有深厚的湿层,而且具有较强的动力抬升和水汽辐合条件;切变线北侧处于低空辐散区且水汽条件较差,自然降水产生的条件不是很好.最后借助于FY-2C卫星资料反演的云物理参数,对低槽-切变云系的增雨潜势进行了简要分析,认为低槽-切变云系上云顶温度较高的部位符合"播云窗"概念,具有很好的增雨潜势,切变线北侧的低槽云系由于云顶温度低、低空水汽不充分,"播撒-供应"机制不能很好地建立,其增雨潜势条件也弱.