用TRMM/TMI估算HUBEX试验区的云中液态水

文中应用热带降雨测量卫星微波成像仪的微波遥感资料反演云中液态水。由于微波成像仪85.5 GHz通道对云中液态水非常敏感,通过离散纵坐标矢量辐射传输模式,运用迭代的方法可以有效地反演出陆地上空非降水云中的液态水路径。在淮河流域能量与水分循环试验中,分别运用微波成像仪85.5 GHz垂直极化单通道和微波成像仪85.5 GHz极化亮温差两种方法来估算陆地上空的云中液态水路径,反演结果与地基微波辐射计的测量结果是较为一致的。当地表比辐射率或地表温度误差较大时,用极化亮温差法估算云中液态水路径相对较好,尤其是对于低云,因为该方法对地表温度不敏感。     

TRMM卫星微波成像仪分级产品及其反演降水算法

文章叙述了获取定量降水信息的意义，简要介绍了对热带测雨卫星TRMM(Tropical Rainfall Measurement Mission)的仪器、美国国家宇航局提供的微波成像仪TMI(TRMM Microwave Imager)分级产品。对比了物理方法和经验方法反演降水的特点，并对一些经验方法以及倾斜对流系统对反演降水的影响、动态聚类分析、神经网络反演方法的研究成果进行了介绍。     

反演寿县TMI微波频率的地表比辐射率(英)

利用一个微波辐射传输模式,晴天下的大气探测廓线,地面的部分观测资料以及卫星观测的亮温,计算了淮河流域能量和水循环实验(HUBEX)中,寿县地区的热带降雨观测卫星微波成像仪(TRMM/TMI)微波频率的地表比辐射率。通过比较所计算的微波地表比辐射率随地表状况的改变,发现地表微波比辐射率随地表状况的变化存在敏感性,并且其变化是合理的。本文中,地表肤温设定等于地表空气温度,并且仅计算了寿县的地表比辐射率,在HUBEX区域上的地表比辐射率的计算需要更多的观测资料。     

校正热带测雨卫星轨道抬升对微波成像仪亮温的影响

热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)在2001年8月轨道高度从350 km升高至402 km,搭载于其上的微波成像仪(TRMM Microwave Imager,TMI)的入射角随之发生变化,进而使得相应探测结果(亮温)发生改变,从而导致由此反演的大气参数出现虚假的突变。为保证轨道抬升前后TMI亮温资料的连致性,以便更好地用于气候研究,本研究首先分析了洋面轨道抬升前后亮温的差异及变化原因,然后结合微波辐射传输模式,分析了不同环境参数对亮温变化的影响,在此基础上用线性变换的方式对轨道抬升后的亮温进行了修正,并从不同角度检验修正效果。结果表明,轨道抬升前后亮温呈线性关系,低频垂直极化通道亮温轨道抬升后升高了0.8-1.6 K,其他通道亮温变化不大。经过修正,轨道抬升前后的亮温趋于一致,月平均亮温偏差明显减小,低频垂直极化通道亮温在轨道抬升期间的突变被消除,亮温变得连续平稳,可用于气候研究。     

利用热带降雨测量卫星的微波成像仪观测资料反演陆地降水

利用热带降雨测量卫星的微波成像仪资料，结合淮河流域试验加密观测期的阜阳地面天 气雷达雨量资料，建立了以散射指数和极化订正温度为主要参数的降水反演算法。对文 中所做反演试验与日本ＮＡＳＤＡ用微波成像仪和星载测雨雷达反演的雨强进行了比较。结果表明 ，文中所用的方法在反演陆地下垫面的降雨强度的分布和降雨区域的确定是比较成功的。     

FY-3微波成像仪10.6 GHz通道超分辨率图像重建

为改善风云三号 (FY-3) 微波成像仪10.6 GHz通道空间分辨率,提出利用超分辨率图像重建算法进行图像重建。分析并指出FY-3微波成像仪10.6 GHz通道具有过采样特征,具备重建得到高于瞬时视场图像的潜力;基于超分辨率图像重建理论,根据FY-3气象卫星轨道、姿态,微波成像仪性能参数以及工作模式等物理约束,建立微波成像仪的超分辨率成像模型,并推导计算出超分辨率成像模型参数;采用POCS算法重建得到10.6 GHz通道的超分辨率图像,采用目视比较分析、图像统计分析对重建图像进行质量评价:重建图像像元平均梯度提高26.5%,功率谱分量和提高5.7%,重建图像具有更高的空间分辨率;台风亮温分析应用显示了从重建图像可发现更微小的景物细节目标。采用超分辨率图像重建算法对FY-3微波成像仪10.6 GHz通道进行重建处理,结果有效且正确,可为数据用户提供更多可用的遥感数据,对微波遥感数据应用具有提升作用。     

基于风云三号微波成像仪的热带气旋强度的多元统计估计方法研究

利用中国风云三号微波成像仪数据开展西北太平洋热带气旋强度多元统计估计方法研究。⑴ 分析各通道以热带气旋中心为圆心,不同半径的同心圆和同心圆环内的亮温参数与热带气旋最大风速之间的定量关系,结果表明:低频通道1.0 °和1.5 °以内亮温的最小值、大于某亮温阈值的象元百分比和平均值与最大风速之间的相关性最高。⑵ 利用主分量分析和多元回归方法建立适合于西北太平洋上的热带气旋强度估计模型,其独立样本检验的均方根误差为13 kt。此模型在热带气旋发展的初始阶段会出现最大风速的高估,而在热带气旋发展的成熟阶段会出现最大风速的低估,正负偏差的分界点出现在70 kt左右,偏差较大的个例大多是未形成规则的热带气旋云系结构,且具有非常明显的不对称性。因此估计热带气旋强度时考虑热带气旋的云系结构特征将有助于进一步提高估计精度,且随着热带气旋样本数的增多,精度也有望进一步提高。      

反演寿县TMI微波频率的地表比辐射率

利用一个微波辐射传输模式，晴天下的大气探测廓线，地面的部分观测资料以及卫星观测的亮温，计算了淮河流域能量和水循环实验(HUBEx)中，寿县地区的热带降雨观测卫星微波成像仪(TRMM／TMI)微波频率的地表比辐射率。通过比较所计算的微波地表比辐射率随地表状况的改变，发现地表微波比辐射率随地表状况的变化存在敏感性，并且其变化是合理的。本中，地表肤温设定等于地表空气温度，并且仅计算了寿县的地表比辐射率，在HUBEx区域上的地表比辐射率的计算需要更多的观测资料。     

Variations of Precipitation Structure and Microwave Tbs During the Evolution of a Hailstorm from TRMM Observations

In this paper, a hailstorm occurring on 9 May 1999 in Huanghuai region was studied by using the combined data from the precipitation radar (PR), microwave image (TMI), and visible infrared scanner (VIRS) on the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) satellite. According to the 3-orbit observations of 5-h duration from the TRMM satellite, the variation characteristics of the precipitation structures as well as cloud top temperature and microwave signals of the precipitating cloud were comprehensively analyzed during the evolution of hailstorm. The results show that the precipitation is obviously converted from early hail cloud with strong convection into the later storm cloud with weak convection. For hail cloud, there exists some strong convective cells, and the heavy solid precipitation is shown at the middle-top levels so that the contribution of rainfall amount above the freezing-layer to the column precipitation amount is rather larger than that within the melting-layer. However, for storm cloud, the convective cells are surrounded by the large area of stratiform precipitation, and the precipitation thickness gradually decreases, and the rainfall above the freezing-layer obviously reduces and the contribution of rainfall amount within the melting-layer rapidly increases. Therefore, the larger ratio of rainfall amount above the freezing layer to column precipitation amount is, the more convective the cloud is; reversely, the larger proportion of rainfall below the melting layer is, the more stable the stratiform cloud is. The different changing trends of microwave signals at different precipitation stages show that it is better to consider the structures and stages of precipitating cloud to choose the optimal microwave channels to retrieve surface rainfall.     

TRMM卫星微波成像仪资料的陆面降水反演

为了探讨微波亮温与降水的关系,用TRMM卫星上微波降水雷达PR、微波辐射计TMI资料和973资料组提供的2002年6～7月120站的每小时自记降水记录,采用逐步回归方法,反演陆面降水.通过资料匹配分析显示,由于时空匹配问题,站点降水与微波辐射计亮温及亮温的组合因子的相关性并不高,明显低于TRMM卫星的测雨雷达PR与微波辐射计亮温及其组合因子的相关程度,因此仅用微波亮温和站点降水难以建立较好的反演算式.结合时空匹配较好的TRMM卫星降水雷达PR、微波辐射计TMI资料,建立新的算式,并且和其它算式进行比较.就反演降水结果而言,新算式比原有算式有一定改善,但对6～10 mm/h的降水来说,新算式与原有算式反演结果都较差.     

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.     

南海中尺度大气海浪耦合模式及其对该区一次强台风过程的模拟研究

利用中尺度大气模式MM5(V3)和第3代海浪模式WWATCH建立考虑大气 海浪相互作用的风浪耦合模式。在耦合模式中引入考虑波浪影响的海表粗糙度参数化方案,大气模式分量提供海面10 m风场驱动海浪模式分量运行,并利用海浪模式分量反馈的波龄参数计算海表粗糙度。利用耦合模式模拟南海的一次台风过程,通过3组对比试验,检验耦合模式对台风过程的模拟效果并研究大气 海浪相互作用对台风过程的影响。结果表明：耦合模式能够较好地模拟南海的台风过程,与非耦合大气模式相比,其模拟的台风强度略有增强,路径变化不大;耦合模式对台风过程中海表热通量及降水影响显著,在台风充分发展过程中,耦合模式模拟的海表热通量增强,台风螺旋雨带上尤其是台风路径的右侧,耦合模式模拟的降水强于非耦合模式;耦合模式较好地模拟了台风过程海浪场的分布和演变,与非耦合模式相比,其模拟的海浪场增强,与实际更为接近;考虑了海表粗糙度对波浪的依赖关系后,海浪场同时影响海表的动力过程和热力过程,从本次个例看,在台风发展初期,海浪对海表动力作用影响显著,其反馈作用使台风系统减弱,但在台风充分发展后,耦合系统中海表热通量增加,热力作用显著增强,海浪的反馈作用有利于台风系统的发展和维持。     

ESTIMATION OF CLOUD LIQUID WATER OVER THE HUBEX AREA USING THE TRMM MICROWAVE IMAGER

The ability of the Tropical Rainfall Measuring Mission Microwave Imager(TRMM/TMI)forcloud liquid water(CLW)retrieval has been demonstrated in this study.Due to the greatsensitivity of the TMI 85.5 GHz channels to CLW,the liquid water path(LWP)ofnonprecipitating clouds over land can be successfully estimated using the VDISORT model basedon the iteration steps.Both the vertical-polarized 85. 5 GHz single-channel method and thepolarization-difference of 85.5 GHz method were applied to the LWP estimates over land regionsduring the Huaihe River Basin Energy and Water Cycle Experiment(HUBEX)in China.Theretrieval results show reasonable agreement with the ground-based microwave radiometermeasurements.When the surface emissivity or skin temperature is difficult to be made sure,thepolarization-difference method shows advantages of providing estimates of LWP especially for lowclouds because of its extremely insensitiveness to the surface skin temperature.     

基于TMI产品资料对数值模式水凝物模拟能力的检验分析

本文利用热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)搭载微波成像仪(TRMM Microwave Imager,TMI)的探测及反演结果,结合微波辐射传输模式,就2004年17号台风暹芭(Chaba)过程,对AREM(Advanced Regional Eta-coo...     

利用TRMM卫星资料分析"桑美"台风云系特征

利用TRMM卫星测雨雷达、微波成像仪探测结果,结合天气图、FY-2c卫星云图、南昌多普勒雷达图,对"桑美"台风活动的大气环流、不同阶段云系特点,以及云中冰、水结构进行了分析.结果表明,"桑美"云系在洋面时有清晰的台风眼和云墙结构,螺旋云带范围较大,在云墙和螺旋云带处存在较强降水;临近登陆时螺旋云带和降水范围明显减小,但云墙处分布大量冰粒子和水粒子,云墙处对流极其强烈,中心区域强降水云系更为紧密;登陆后云墙结构消散,强度减弱."桑美"登陆后降水水平范围明显减小,且中心处的降水强度也要小于在洋面时,台风云顶高度明显小于在洋面时."桑美"登陆后在江西境内的对流降水样本比例和降水贡献率都远高于在洋面上,其中10～20 mm/h对流性降水贡献率达46.7%,导致江西局部产生大暴雨.     

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...     

中国东部大陆和邻近海域暖云特性时空分布及其与气象条件的关系

基于2003~2016年MODIS/Aqua（MODerate resolution Imaging Spectroradiometer）云产品资料（MYD08_D3）,分析了中国东部大陆及其邻近海域云量（CF）、云滴有效半径（CER）、和液水路径（LWP）的空间分布以及季节变化,并结合同期ERA-Interim再分析资料的850 hPa垂直速度（ω_850hPa）、低对流层稳定度（LTS）、以及MODIS/Aqua水汽产品中的大气可降水量（PWV）资料,分析了云宏微观物理量与动力、热力及水汽条件之间的关系。从空间分布来看,夏季由日本海至中南半岛存在一个东北西南走向的云量高值区,覆盖我国东部地区,冬季云量高值区位于我国南方地区和东部海域上空;云滴有效半径冬、夏分布类似,均为由东南洋面至西北内陆递减;夏季液水路径分布较为均一,冬季空间差异很大,30°N是明显的高低值分界线,这与冬季水汽的分布密切相关。陆地和海洋上云量均呈冬高夏低的变化趋势,陆地大于海洋,而云滴有效半径和液水路径则为夏高冬低,海洋大于陆地。总体来说,云量与PWV和LTS均表现为正相关、与ω_850hPa呈负相关,表明低层的上升运动有利于水汽向上输送、凝结形成云,但稳定的大气层结又会阻碍云进一步向上发展,使其被限制在底层空间,由于本文的研究对象为暖云,多为中低云,因而云量较高;云滴有效半径和液水路径均与LTS、ω_850hPa表现为负相关,但是对PWV的变化不是很敏感,表明水汽并不是影响云滴尺度和液水路径的主导因素,其主要受动力、热力抬升作用的影响;以上关系在不同区域、不同季节的表现存在一定差异。     

利用TRMM卫星资料对青藏高原地区强对流天气特征分析

利用热带测雨卫星TRMM(Tropical Rainfall Measure Mission)多种探测结果,结合NCEP再分析资料,研究了发生在青藏高原地区的一次强对流天气特征,综合分析了高原地区对流云特殊的水平、垂直结构特征。结果表明:(1)该强对流降水系统由几个孤立、零散的块状降水云团组成,以深厚弱对流降水为主,微波亮温的低值区也呈孤立、零散的块状分布,并且整个对流系统的云顶高度一致偏高,深厚强对流降水的雨谱主要集中在1～20mm.h-1的范围内,90%以上的深厚弱对流降水样本数和降水量都集中在0～5mm.h-1范围内,在垂直方向上呈被"挤压"状态。除云冰粒子集中在6～18km高度外,可降冰、可降水和云水粒子都集中在低层8km以下,冰雹天气表现为可降冰粒子在低层含量偏高。(2)高原地区强对流天气的特征与其他地方的不同,表现为雨强较小,比平原地区明显偏弱,且对流云降雨样本在不同降雨率范围内分布不均匀,降水云团雨顶高度也远低于平原地区的对流云,地表降水率大值区与微波辐射亮温低值区呈不完全对称分布,潜热释放呈单峰型。(3)高原地区强对流系统发生时,垂直上升运动在400hPa达到最大,水汽主要集中在400hPa高度以下的范围内。     

冷锋云系降水中尺度结构的一次TRMM卫星观测和特征分析

利用TRMM（the tropical rainfall measuring mission）卫星资料,对一次低槽冷锋云系和江淮气旋共同影响下的冷锋积层混合云系中雨带和雨核的特征进行了分析,研究表明,冷锋的不同部位云系结构很不均匀,可分为典型的积层混合云系、均匀的层状云系和弱的积层混合云系3种类型,南部典型的积层混合性云系中存在明显的短回波带结构,短回波带的平均长度63.0 km,宽度19.4 km,平均降雨率14.54 mm/h,同时短回波带中还有明显的雨核特征;北部均匀的层状云系中,大范围的降水在1～2 mm/h之间,其中嵌有2～7 mm/h大小不等的较强降雨带,并且存在冷锋雨带结构;中部较弱的积层混合云系中以冷锋雨带和冷锋前的暖区雨带为主,冷锋雨带上有多个雨核的结构;同时,不同性质的云系结构如短回波带、雨核以及均匀的层状云的降水的垂直廓线表现为不同的特点。