应用地球静止卫星资料估计热带气旋降水量的方法

一、引言本文介绍用地球静止业务环境卫星(GOES)资料,估计飓风和热带气旋降水的一种方法。Scofield和 Oliver(1977,1980)曾提出对流性天气系统产生洪水的一种降水量估计的方法。Scofield 和 Oliver 的方法是利用每半小时一张的 GOES 可见光和红外云图进行手工处理的方法。美国国家环境卫星局天气分析科自1978年开始,一直将 Scofield/Oliver 方法用于业务。每半小时一次的降水量估计结果送到相应的国家天气局预报室,用于监视强降水情况和发布洪水警报。1978年开始 Scofield/Oliver 对流方法已经用于飓风和热带气旋的业务预报中。这种方法已被证明,对于发展的对流性冷云顶降水是很准确的。而对流降水方法对于预报暖云顶雨带产生的降水量,以及中心密蔽云区中的降水分布是很不准确的。     

用红外资料估算热带大范围降水

美国气候分析中心,利用GOES-东和GOES-西两颗地球静止卫星上每天8次(间隔3小时)的红外云顶温度资料,发展了一种诊断热带地区降水指数的技术方法。 他们将云顶温度分为12个等级(从211到270K每隔5K为一个等级)。<235K称为冷云,分别计算了     

极轨卫星气象资料的接收、传输和处理

卫星气象是以气象卫星为手段,从外层空间遥感探测地球大气参数,从而探索天气、气候及地球环境介质的特征及其演变规律的学科。利用气象卫星不仅可以获取大范围云系分布的定性资料,而且可以得到云顶温度、洋面温度、大气温度和湿度的垂直分布,风向风速以及臭氧总含量等定量数据。     

一次强飑线云结构特征的卫星反演分析

利用NOAA卫星AVHRR资料,对2006年4月28日山东一次春季强飑线过程进行了分析,重点研究了卫星资料多光谱综合分析的强对流云微物理特征和卫星识别的对流强信号,并与雷达、FY-2C卫星观测资料进行了对比分析。结果表明:(1)RGB合成图能清晰地显示云顶的结构、纹理、云砧、组成、高度及云厚等信息,是一种很方便的分析工具。(2)多光谱综合分析归纳出卫星探测对流强信号:云顶的对流结构和纹理突出,有明显的云砧,云顶以小粒子为主,粒子有效半径Re随高度增长缓慢,云团上部存在明显的Re随高度递减带,云顶Re和-dRe/dT能定量指示对流的强弱。据此,卫星识别出强中心A比实际降雹提前了近1h,比飑线发生提前了2.5h,比多普勒雷达监测提前了近2h,特别是识别出的强中心B比实际降雹提前了近4h。卫星探测为强对流天气的监测预报和预警提供了一种新途径。     

用NOAA-9/AVHRR资料估计塞内加尔降水量

利用欧空局静止气象卫星(以下简称静止卫星)资料估计降水量是众所周知的,在塞内加尔地区1987年的雨季,我们使用极轨卫星NOAA 9 AVKK的两个热红外通道资料得到了卫星测得的云顶温度与地面降水量之间的关系.使用窗区分离技术把两个红外通道资料和Lagouards系数相结合,所得结果表明,卫星测得的云顶温度与地面降水量之间有很高的线性相关系数,同期云顶平均温度可以作为很好的降水量指标     

FY 2F卫星和毫米波云雷达云高观测的个例对比分析

风云二号静止卫星上装载有可见光、水汽、中长波红外等探测通道,其中红外通道资料可提供卫星云顶温度数据。基于FY-2F静止卫星云顶温度资料,结合局地实时探空数据对北京南郊和朝阳站点上空云层进行云高反演,并展开与地基毫米波云雷达探测云顶高关系的对比,分析3种不同云厚(薄云、适中、厚云)条件下的云高观测结果。研究结果表明,二者云顶高匹配度受几何云厚的影响,其吻合度呈现出厚云最佳,薄云最差的特征。     

利用卫星产品评估数值预报模式云层垂直结构

对云层垂直结构的准确参数化描述是数值天气预报模式准确计算长短波辐射通量、辐射加热率廓线、云反射率、云辐射效应等参数的重要基础,但地基观测数据无法对模式预报的云层垂直分层情况进行验证。文章基于卫星资料Collection5版本的MODIS云产品MOD06,利用国际上能够较准确判别云层垂直分层的一个新算法,以反演的高、中、低云发生频率和云顶气压结果,评估美国国家环境预报中心(NCEP)北美中尺度模式NAM的云层垂直结构。2006年7～10月北美地区(153°～48°W,12°～62°N)的评估结果表明:①卫星反演和模式预报的高、中、低云的云量区域分布比较相似,尤其是高云。热带太平洋地区模式预报高云量大于卫星反演值。模式预报的低云在墨西哥及北美大陆、大西洋地区更多。②卫星反演和模式预报中云发生频率的差异最小,模式预报高云和低云发生频率峰值比卫星反演的峰值更大,且云顶出现的高度更高。③模式预报中云量和低云量的纬度平均值比卫星反演的高,尤其是低云量。NAM的云参数化有待于进一步改进。     

2012年7月山东接连两次大暴雨过程对比分析

利用常规观测资料、地面自动站资料、多普勒雷达风廓线数据、卫星云图及NCEP 1°×1°再分析资料,对2012年7月8日和10日接连发生在山东省的两场大暴雨过程进行对比诊断分析。结果表明:前一过程发生在副热带高压稳定的环流背景下以及不稳定能量增大的过程中,后一过程发生在副热带高压减弱南退的环流背景下以及不稳定能量释放的过程中;暴雨区上空低空急流和垂直运动强烈发展以及对流层中低层辐合、高层辐散的典型配置是两次过程发生共同的有利大尺度环境条件,不同的是,前一过程强降水强度与落区同强垂直上升运动、低空强辐合及高空强辐散、水汽通量辐合中心相一致,后一过程这种对应关系不如前一过程好;西南急流强烈发展对应两次过程的强降水时段,后一过程西南急流发展高度低于前一过程,其风速却比前一过程强得多,降水结束时后一过程冷空气下传速度比前一过程更快、高度更低;后一过程云顶温度更低,对流系统发展更高,云顶温度低于-70℃中心维持时间较长,强降水出现在云顶温度低值中心及其梯度大值区内,这对强降水临近预报具有较好的指导意义。     

陕西中部一次局地暴雨中尺度分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°的6 h分析资料和FY-2C卫星云顶亮温资料,对2009年7月26日陕西中部的一次局地暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明:暴雨形成与低层地面中小尺度辐合系统、卫星云图上β中尺度对流系统等密切相关。深厚、稳定的低涡低层辐合、高层辐散的垂直结构及位势不稳定特征为暴雨区强烈上升运动的发展和维持提供了有利的环境条件。     

SATMOD:综合卫星云图和模式输出参数的一种交互式方法

SATMOD 是一种综合卫星云图和若干模式输出参数的交互式方法。奥地利维也纳气象与地球动力学中央研究所使用这一方法进行卫星-天气学研究、业务分析和预报服务。在本文中,集中用一种重要的天气学现象(急流)来说明 SATMOD 方法。     

卫星亮温资料四维同化方案及其对"7·20"武汉特大暴雨的模拟试验

作者首次把与云参数相关的云顶亮温(TBB)资料直接用于中尺度模式MM5V2的牛顿张驰逼近(nudging)四维同化过程,提出了一种通过分析场的nudging四维同化来确定云顶高度的方法,并利用1 h间隔的TBB-nudging方案成功地模拟了"7@20"武汉大暴雨过程.TBB-nudging试验的模拟结果表明对流层低层中尺度低涡和低空西南急流是"7@20"大暴雨的主要影响系统,这预示着把卫星遥感资料(例如TBB等)用于中尺度模式的同化过程有可能提高中尺度暴雨的预报能力.     

夏季青藏高原附近云顶分布和对流层顶高度的关系（英文）

以CALIPSO卫星观测的云顶高于对流层顶事件为参考,亚洲夏季风区该事件的发生率占北半球的49%,进一步通过对大尺度连续方程的诊断估计,在该区域上升气流的作用下,亚洲季风区在北半球夏季对流层向平流层物质输送总量中贡献远大于50%。南亚高压反气旋对云顶高度的影响体现在:在南侧的高空东风急流核附近(约16.5 km),云顶出现的概率最大,垂直方向达到了10%每500米;北侧的高空西风急流下方,云顶垂直概率大于3%每500米的区域被抑制在11 km以下,远离热力学对流层顶但接近动力学对流层顶。     

美国宇航局的强风暴研究计划

研究计划的目的是改善强风暴的探测和预报技术。将着重应用地球同步卫星,同时也应用低高度的极轨卫星、飞机和雷达等。一、目前的地球同步气象卫星(SMS)的时空分辨率对强风暴的研究是有用的。进一步的发展将放在温度与湿度的反算方面(红外技术与微波技术)和大大提高时空分辨率与辐射仪的灵敏度。预定1979年发射的对地球静止业务环境卫星Ⅳ(GOES-D)将载有取代可见光和红外自旋扫描辐射仪(VISSR)的大气探测器(VAS),它除了摄像外还可给出温度与湿度垂直廓线。还预定1980年发射风暴卫星(Stormsat),它着重探测强风暴与     

气象卫星资料同化的科学问题与前景

从数值天气预报资料同化的角度,分析了气象卫星观测与常规气象观测的不同特点形成了卫星资料同化的特殊科学问题.由于各类星载遥感仪器所观测到的是一定波长的电磁辐射,不能像传统的直接观测资料一样被预报模式直接应用.又由于卫星观测对象是整个大气层,而不是特定高度的大气,因此确定卫星观测影响的高度和它的潜在垂直分辨率成为一个关键问题.卫星观测还可能存在着系统性的偏差,这与直接观测的误差互相独立也有很大区别.资料同化通常建立在模式预报(即背景信息)与观测量的比较的基础上,为了实现同化,需要将模式的基本大气变量转换成星载仪器所获得的特定波长的电磁波特征量,或者将观测到的电磁辐射特征量反算成大气的特征量.前者需要引入复杂的观测算子,后者则将复杂的反演过程交给了前处理阶段.这就形成了直接与间接同化卫星资料的两种不同策略,策略的选择取决于同化系统处理复杂观测资料的能力,对同化效果有决定性的影响.逐个分析了目前用于数值预报的5种卫星观测资料,即星载大气垂直探测器资料、大气运动矢量资料、散射仪海面风资料、卫星观测的云与降水信息资料与GPS掩星观测资料的同化的进展与有待解决的主要问题,概述了中国近年在大气垂直探测器等卫星资料同化中的研究进展及其业务应用的效果,并提出了今后需要予以特别关注的研究方向.     

(四)用卫星云图估计降水

前面两讲介绍了卫星云图的识别原理和几种天气系统的分析方法,这些都是利用卫星云图作定性分析。除此而外,利用卫星云图也可以作多种气象要素的定量分析。如:用红外云图推算海面温度、云顶温度和云顶高度;估计台风中心的最大风力;改进500毫巴的数值分析;估计降水量等等。本讲着重介绍如何用卫星云图估计降水。 目前用于估计降水的气象卫星资料主要有三种:即电视云图、两通道(0.5—0.7微米和8—12微米)扫描辐射仪云图和电子微波(1.55厘米)扫描辐射仪云图。就估计降水的方法而言,主要有三类。 第一类是建立在图象显示云图的基础上,根据卫     

用地理信息系统改进热带气旋的客观定位精度

基于地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)技术，初步建立了一个能集成多种数据资料和多种算法的热带气旋(Tropical Cyclone，简称TC)客观定位系统。其中不同卫星及同一卫星不同波段资料(如Quikscat洋面风场、云顶亮温等)的矢量及栅格信息的叠加和分析功能，有助于从多个侧面揭示TC的结构特征；而多种定位方法(如云图形态分析法、云顶亮温极值法、洋面风场涡度极值法、数学形态学算法等)的客观化及其综合运用的实现，不仅可以减小TC定位过程中的随机(人为)误差，而且能提高TC定位工作的效率。利用该系统对编号为0203，0209，0212，0417和0419的5个TC进行的定位试验结果表明:利用该系统进行TC定位的精度与目前业务定位精度相当，具有良好业务应用前景。     

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.     

反演卫星资料在航空气象保障中的应用

讨论了用卫星资料反演资料Tbb和反照率计算云顶高度场的方法。并选取两个时次的卫星资料，同时计算昆明管制区的温度廓线，结合不同云的物理性质，得到云顶模拟高度场，最终制作了重要云的平面定位图和三维空间模拟图。     

卫星云参数与飞机云物理探测对比研究和飞行方案设计

开展卫星反演云特性参数与飞机观测的对比研究,对于更好地发挥卫星遥感观测在天气、云物理和人工影响天气方面的探测优势具有重要意义。选取2012年9月21日一次层状云降水过程,对比分析FY-2与MODIS反演云参数及飞机观测结果,探索了飞机检验卫星云参数的飞行方案。结果表明:FY-2反演云参数演变趋势与飞机观测结果有较好的一致性;FY-2反演有效粒子半径(Effective Radius,Re)和光学厚度(τ)与MODIS反演的Re和τ间相关性较好,但此个例FY-2反演值普遍小于MODIS反演值;探测区域FY-2反演Re频率分布与飞机观测Re分布有一定差异,FY-2反演Re偏小,MODIS反演Re频率分布与飞机观测结果更为接近;飞机观测计算得到的τ和液水路径值(Liquid WaterPath,LWP)与卫星反演τ和LWP差异较大,FY-2反演值明显偏小。对于Re的检验,飞机最好在Re分布不大均匀的云顶作较长距离平飞观测;对于LWP和τ等垂直积分参量的检验,飞机最好选择在光学厚度较均匀的小区域内螺旋爬升至云顶之上,再自云顶向下至最低高度进行垂直观测。