基于沙尘气溶胶识别的中国北方地区MODIS云检测产品的改进研究

美国国家航空航天局(NASA)的MODIS业务云检测产品MOD35是其他大气产品和陆地产品反演的辅助数据,也是目前很多云检测研究的检验依据。为研究MODIS云检测业务产品MOD35的监测效果,分析了中国北方地区有沙尘暴天气的MOD35产品,发现产品易将沙尘气溶胶区域误判为云。为了区分沙尘和云,对中国北方地区白天4次沙尘过程数据进行散点图分析,并通过计算损失率得到沙尘气溶胶的11μm、12μm通道亮温差特征和11μm通道、3.7μm通道的亮温范围,改进了MODIS监测沙尘气溶胶的算法。应用此算法对MODIS云检测产品中的沙尘气溶胶污染进行判别,分析结果与国家气象卫星中心发布的沙尘监测一致。改进的算法能有效地监测出MOD35产品中误判为云的沙尘区域,结合MOD35自身的厚气溶胶标记,改进了云检测产品的效果。     

利用FY-2C卫星数据反演云辐射特性

本文利用FY-2C静止卫星提供的可见光、中红外和热红外观测数据, 开展了水云光学厚度、粒子有效半径和云顶温度的云参数遥感探测理论和反演方法研究。基于FY-2C可见光、中红外(3.75 μm)与热红外(11 μm)通道辐射率对云光学厚度、 云滴有效半径、云顶温度辐射参数的敏感性分析, 提出三通道同时反演云的光学厚度、云滴有效半径及云顶温度的迭代方案; 通过个例分析进行了云参数反演试验, 并将结果与MODIS的云反演产品进行了对比, 最后对反演误差进行了分析。主要结论如下:(1) 个例反演得到的云参数与各通道探测数据有着较好的对应关系, 迭代计算标准偏差在允许的计算精度范围内(<0.89%), 反演结果具有合理性; (2) 通过与MODIS云反演产品的对比可以看到, 两者云光学厚度、云滴有效半径的均值和直方图分布都非常一致, 而MODIS的云顶温度比FY-2C反演值要高, 考虑到FY-2C的 11 μm通道测量的辐射值与MODIS相比偏小, 因此认为我们的反演方法与MODIS方法的精度是相当的。     

京津冀地区气溶胶光学厚度反演及其空间分布特征

利用2014年9月1日至2015年5月31日Terra/MODIS MOD 021KM数据,以京津冀地区为研究区域,采用深蓝算法和查找表法反演京津冀地区1 km分辨率的气溶胶光学厚度,并将反演的气溶胶光学厚度与NASA产品和CE-318观测的气溶胶光学厚度进行比较。结果表明:反演的气溶胶光学厚度与NASA MOD 04_L2(10 km×10 km)和MOD 04_3K(3 km×3 km)两种气溶胶产品的空间分布具有高度的一致性,且空间分辨率更高;反演的气溶胶光学厚度与石家庄站CE-318观测气溶胶光学厚度的平均绝对误差为0.07左右,二者之间的相关系数R~2=0.956。卫星过境时,1 km反演的气溶胶光学厚度与MOD 04_L2气溶胶产品的平均误差约为0.06,反演的气溶胶光学厚度与MOD 04_3K气溶胶产品的平均误差约为0.03。对反演的气溶胶光学厚度与河北省PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度的空间分布进行相关性分析表明,气溶胶光学厚度AOD与PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度的相关系数分别为0.745、0.663,说明1 km反演的AOD可以有效反映区域PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度的空间分布。     

利用MODIS的多通道信息估计中纬度降雨

基于同一Aqua卫星上的中分辨率成像光谱仪MODIS的多通道数据和被动微波辐射计AMSR-E的微波数据,文中研究了由MODIS的热红外亮温TB11μm和可见光通道反射率R0.65μm估计中纬度降雨的方法。首先利用MODIS的R0.65μm>0.8和TB11μm<270 K检测降雨云,并利用一个非线性函数估计雨强。同时,利用AMSR-E微波降雨产品对MODIS降雨估计进行了验证,发现降雨范围和雨强基本一致,在2°格点上相关系数的平方达到0.82,这启示MODIS降雨估计可以达到与被动微波降雨估计相近的精度。与自动雨量站观测数据的检验也取得较好的效果。     

EOS—MODIS卫星资料在北疆大雾监测中的应用分析

根据雾与云、积雪、裸地等地表物在可见光、长波红外和中红外波段的反射及辐射特性差异,利用MODIS卫星多通道多光谱探测数据,采用最佳波段组合法和量化判识指标法,对2006年3月8日到10日北疆大雾天气进行判识检验试验和动态监测分析。结果:发现较利于雾与背景(地物、云、雪)分离的最佳波段是可见光B0.65μm和近红外B0.85μm、短红外B1.64μm、中红外B3.7μm、热红外B11μm,综合判识就可以将云、雾、雪、裸地有效的区分;雾在夜间的有效温度在中红外波段比热红外波段低,可采用中红外和热红外波段的组合方法,根据两通道的亮温差进行雾的监测。     

利用MODIS数据反演多层云光学厚度和有效粒子半径

利用卫星资料反演云微物理参数不仅有助于对天气变化的监测和预报,而且对人工影响天气的研究十分有益.目前卫星反演云微物理参数的算法一般是假设视场中只有一层云,但是实际环境中多层云出现很频繁.文中研究了多层云的光学厚度和有效粒子半径微物理参数的反演算法,主要针对薄的冰云覆盖在低层水云的多层云情形.算法利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)吸收通道和非吸收通道同时进行反演,在此基础上利用SBDART辐射传输模式模拟冰云覆盖在低层水云上的多层云对云微物理参数反演的影响,模拟表明反演时将多层云作为单层云处理会使反演结果产生较大误差.为此,文中提出了云光学厚度和有效粒子半径反演算法中要考虑多层云的因素,并设计了一套云光学厚度和有效粒子半径反演方案.该方案使用SBDART辐射传输模式建立不同观测几何条件、下垫面类型、大气环境等条件下以光学厚度和有效粒子半径为函数变量的多层云、水云和冰云辐射查找表.经过云检测、云相态识别和多层云检测后,在该查找表的基础上,对MODIS通道1和通道7的数据采用最小方差拟合法反演光学厚度、有效粒子半径.利用该方案对2006年7月12日TERRA卫星MODIS数据进行反演试验,反演结果与NASA发布的MOD06产品中云的光学厚度和有效粒子半径的结果较一致,表明方案具有合理性.     

FY?4A卫星云顶参数精度检验及台风应用研究

基于2018年中国东南沿海台风观测实例,以美国EOS/MODIS极轨气象卫星和日本第二代静止气象卫星Himawari?8为参照,对我国FY?4A静止气象卫星的云顶高度(Cloud Top Height,CTH)、云顶温度(Cloud Top Temperature,CTT)和云顶气压(Cloud Top Pressure,CTP)三个产品的精度进行了对比,并分析了其在台风应用中的表现。结果表明:FY?4A卫星云顶参数产品与MODIS和Himawari?8同类产品均具有很好的线性相关关系,其中FY?4A与MODIS的相关系数最大(r≥0.98),平均值偏差最小,特别是在具有深厚密蔽云的台风中心和内雨带区,各卫星反演参数的精度更加接近,如在台风中心,FY?4A与Himawari?8的CTT、CTH和CTP分别相差0. 78℃、30 m和0. 2 hPa。FY?4A云顶参数产品质量可靠,与MODIS和Himawari?8等国际同类卫星精度相当,适合深厚的台风云系分析。偏差产生主要受透明薄卷云和小尺度云存在的影响,这与仪器的空间分辨率、不同仪器对云的探测能力以及云检测算法相关。     

利用MODIS卷云通道对长江中游一次大雾过程的监测

利用MODIS卫星通道的红外特征,对2009年1月8—11日长江中游地区的一次大雾过程进行了分析。结果表明,由于云、雾、地表所处高度不同,位于水汽的强吸收带的MODIS卷云通道(1.38μm),在辐射传输过程中对水汽吸收的程度有一定的差异,从而导致MODIS接收到这些目标物的反射率差异较明显。其中雾与地表在1.38μm波段的反射率近似相等,而与云则有明显的差别。另外,通过31波段与20波段辐射亮温差的光谱廓线分析,发现云雾的亮温差要明显小于地表。     

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。     

单星多角度法同时反演气溶胶光学厚度和地表反射率

尝试以单星多角度卫星观测数据同时反演晴空陆地的气溶胶光学厚度和地表反射率,并选取2009年5月的MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)1B资料进行了反演试验.结果表明:单星多角度法反演得到的气溶胶光学厚度结果与MODIS气溶胶产品(MOD04)平均值的相关系数为0.7914;反演的地表反射率结果与MODIS地表反射率产品(MOD09)也具有较好的一致性.对直接利用单星多角度观测数据反演获得一段时间内平均的气溶胶光学厚度进行了有益的尝试.     

抗旱型火箭人工增雨效果检验方法初步研究

为了在人工增雨作业中及时进行效果评估，利用2005年江淮地区人工增雨试验基地的资料，采用区域雨量对比分析、地面增雨效果的回归分析和增雨效果的物理检验方法，对2005年6月9日、8月3日两次人工增雨的效果进行了分析。结果表明：两次增雨作业都取得了较好的正效果；相对增雨在120％～140％。     

山东省观测资料的均一性检验

气象台站历史沿革信息包含了可能影响气候资料序列均一性的重要信息,是分析、检验、订正气候资料序列的科学参考依据。通过对站点资料进行均一性检验,再对比台站历史沿革资料,分析了资料非均一性的可能原因。采用山东省123个站建站起至2007年的气温、降水资料,筛选出49个站分别进行4种方法的均一性检验,最终确定22个台站通过检验。对未通过检验的台站,查找沿革,发现迁站是导致非资料均一的主要原因,另外,还有仪器更换、台站加高等原因以及不明原因,需进一步研究。     

多种方法在年平均风速均一性检验中的效果对比

针对安徽省天长和宿松气象站建站至2010年逐年平均风速资料,分别利用直接检验方法和3种间接检验方法：标准正态均一检验（the standard normalhomogeneity test,SNHT）、惩罚最大t检验（the penalized maximal t test,PMTT）和惩罚最大F检验（the penalized maximal Ftest,PMFT）,对这两个气象站逐年平均风速序列进行了均一性检验,并对不同检验方法的效果进行了对比分析。研究结果表明：1）站址迁移、观测场环境变化、仪器变更以及测风手段变化等均能对年平均风速序列的均一性产生影响,其中测风手段变化的影响最为明显。2）由于以气象台站观测记录为依据,直接检验得到的结果最为真实可信;此外SNHT、PMTT和PMFF方法对年平均风速序列的间断点均有一定的检验能力,但遗漏间断点的情况也比较明显。因而在年平均风速序列的均一性检验中,若气象台站观测记录相对较齐全,首先考虑采用直接检验,然后再考虑补充采用其他间接检验手段。     

振筒气压仪性能测试

根据R97国际建议和《JJG 875-94数字压力计检定规程》关于对振筒气压仪的性能指标要求，对我国气象、民航等各行各业使用的振筒压力仪(型号为DQZ-1)进行了静态性能测试(重复性、非线性和迟滞)、温度测试、湿度测试、短期稳定性试验以及长期稳定性试验。通过对大量实验数据的分析研究，得出振筒气压仪测量误差的主要来源，这对于提高大气压力测量的准确度是非常有益的。     

地面气象测报业务试题库自动化管理系统

将地面气象观测规范、地面气象观测、气象学等多项知识形成题库,利用VB6编程、Access 2003数据库及Word 2003文字处理软件,研制了地面气象测报业务试题库自动化管理系统,实现了以下主要功能:用户管理、数据库管理、试题库维护、自动生成试卷、试卷编辑打印。着重阐述该系统的设计思路、技术方法、功能实现及使用效果。     

对比度分析及其应用

给出了对比度的相关显著性检验，使对比度分析能应用于各种容量大小的样本，完善了对比度分析方法，并举出若干例子说明这种方法在天气气候分析和预报方面的可能应用。     

辽宁省春季透雨集合预报误差分析

利用2016—2018年4月1日至6月30日三个全球数值预报业务中心(CMA、ECMWF和NCEP)的24 h降水集合预报资料和辽宁省降水观测资料,采用TS评分、预报偏差B、Talagrand分布以及BS评分等方法对辽宁省春季透雨(4—6月)CMA、ECMWF和NCEP三套全球集合预报结果进行对比分析.结果表明:三个集...     

丽水市1953—2010年气温变化对四季长度的影响

根据丽水市国家气象观测站1953-2010年逐日气温资料,按照国家季节划分标准对四季长度进行划分,运用趋势分析、Mann-Kendall检验和滑动t检验对四季长度和气温变化的趋势演变、突变转折进行研究,从而探讨气温变化对四季长度的影响。结果表明：丽水市四季长度表现为夏季最长,冬季次之,春季和秋季相接近,秋季略短。四季长度的变化趋势为春、秋季长度延长缓慢,夏季变长明显,冬季长度缩短显著。近58 a丽水市气温呈明显的上升趋势,气候倾斜率为0.17℃/10a。气温变化对四季长度有较大的影响,尤其以冬季最为显著。突变检验表明,气温上升与冬季长度缩短的突变时间都在20世纪90年代中期;相关性检验显示气温与冬季长度的负相关最明显,通过α=0.01的显著性检验。     

1964-2013年大连地区暴雨气候特征及变化规律

利用1964—2013年大连地区6个气象站逐日降水资料,采用线性倾向估计、Mann-Kendall和 Yamamoto检验及最大熵谱分析等方法,对大连地区暴雨的气候特征及变化规律进行分析。结果表明：大连地区3—12月均可出现暴雨,72.7％的暴雨出现在7—8月,7月暴雨出现最多,8月上旬是暴雨出现最集中的时期。4—8月各月暴雨日数均呈上升趋势,且4月暴雨日数上升最明显,8月次之,至9月暴雨日数呈下降趋势。大连地区各站年平均暴雨日数为1.8—2.8 d,暴雨日数分布从大连西北内陆向东南沿海地区逐渐增多,暴雨日数大值中心在庄河（2.8 d）。各站年暴雨日数均呈上升趋势,大连北部普兰店、东部长海和西南部旅顺地区年暴雨日数呈显著上升趋势,其他地区年暴雨日数上升趋势较弱。近50 a来,大连地区暴雨初日有所提前,暴雨终日变化不明显。年暴雨日数、暴雨强度和暴雨贡献率均呈不显著的上升趋势,且均从2003年以来增加明显,均有2.0—3.0 a的周期振荡;此外,年暴雨日数、暴雨强度和暴雨贡献率分别存在准12.5 a、准5.0 a和准16.7 a的振荡周期,仅年暴雨贡献率在1977年和1978年发生显著突变。     

合成风场的统计检验和蒙特卡洛检验

提出了二维风场的F检验及二维风场的蒙特卡洛检验方法.将方法用于长江流域夏季降水与印度夏季风的研究中,表明方法是有效的.