日食对中国大气边界层热力状态的影响分析

地球的能量主要来源于太阳,太阳的辐射变化对地球大气边界层有着潜在的影响。日食过程中太阳被遮挡减少了到达地球的热辐射能量,大气热力状态被改变,为研究大气层热力状态的变化提供了一个好的机会。2020年6月21日,在中国境内出现了一次日环食,除日环食带以外中国其他地区都可见到日偏食。为了研究日食对边界层大气热力状态的影响,本文分析了西安、遵义、南宁和宜宾4个不同地区的微波辐射计实时连续观测的大气温湿度廓线数据,研究日食期间不同日面遮挡程度对不同边界层高度上大气热力状态的变化及其受天气条件的影响。这4个站点月球对太阳的遮挡比例都不相同,其中宜宾处在日环食带上遮挡最多。实验结果表明,日食期间大气边界层温湿度受到日食的影响较为明显。从日食开始到最大时刻由于到达地球的太阳辐射能减少,边界层大气温度也开始降低,在日食从最大时刻到结束期间,从太阳到达地球的辐射能量逐渐增大,边界层温度开始上升,日食过程中相对湿度变化与温度相反。4个站点温度变化最大约4℃,相对湿度变化超过10%,水汽密度没有明显变化,各个高度层温湿度变化明显滞后日食过程约15—20 min。日食过程中,月球对日面遮挡越多,日食对边界层大气...     

SSM／I微波辐射计数据中国陆地覆盖特征季节变化分析

利用星载微波辐射计SSM／I多通道、多时相亮温数据开展了中国陆地覆盖特征的季节变化研究。通过对国内外星载微波辐射应用研究分析，提出了归一化极化指数(NDPI)的概念。处理了1997年4月、7月、10月和1998年1月的(每月的20、24日各两天)多通道SSM／I数据，在此基础上计算形成了第一幅中国陆地区域的归一化微波极化指数图，开展了中国陆地区域覆盖特征随季节变化的研究。研究结果表明，不同的陆地覆盖特征有特征的NDPI值，NDPI随季节而变化，植被、水分是引起NDPI变化的主要因子。     

测量方位与土壤对玉米微波辐射特性的影响分析

微波具有穿透性,相对于可见光与红外探测器而言,微波探测器不仅能反映叶片层植被信息,还能反映较深层木质生物信息。笔者利用6.6 GHz与18.7 GHz被动微波辐射计对夏季玉米进行了不同角度(0°~60°每5°一个间隔)、不同极化(V与H极化)及不同方位(顺垄、垂直垄、垄向45°)的微波辐射特性观测试验。试验中玉米从幼苗到抽穗共分8期进行了测量,每期都利用LAI-3000实地获得了LAI数据,以此代表植被的生长状态。研究结果表明,随着观测角度和LAI的增大,V和H极化的亮温都有明显变化;微波植被指数随观测角度和LAI的变化都有明显规律;测量方位对玉米的微波辐射特性有明显的影响;土壤对植被的微波辐射影响随植被的长高而减弱。     

利用COSMIC掩星折射指数分析全球大气边界层顶结构变化

基于小波协方差变换法,由折射指数廓线确定大气边界层顶高度,利用2007至2012年气候星座观测系统（Constellation Observing System for Meteorology Ionosphere and Climate,COSMIC）掩星折射指数廓线分析全球大气边界层顶参数随地理位置、季节和日变化的特征,结果表明全球大气边界层顶结构受热力因素和大气动力因素的影响,具有明显随经纬度变化的特征。在大气动力因素主要影响下,30°S~30°N范围内陆域比海域的季节变化幅度更强。对全球大气边界层顶高度月均值和去季节性变化距平值的分析表明2008年和2011年大气边界层顶高度出现季节性异常。大气边界层顶气压与高度在全球呈负相关,而温度与高度在南北纬40°~90°呈正相关,30°S~30°N呈负相关。2012年全球大气边界层顶高度日变化幅度均值为0.37 km,同纬度海洋与陆地区域年平均边界层顶高度的日变化有一定相关性。     

FY-3D微波成像仪非线性特征及计算方法优化

风云三号D星(FY-3D)微波成像仪采用10.65 GHz、18.7 GHz、23.8 GHz、36.5 GHz和89.0 GHz双极化通道对地表辐射信息进行测量,定标精度会直接影响遥感数据的准确性。影响定标精度的主要因素之一是成像仪系统的非线性特征,用物理参数-非线性系数表示。所以准确计算非线性系数是地面热真空定标试验的主要目的之一,在95-298 K范围内设置不同变温源温度点,每一个温度点对应一个非线性系数,这些非线性系数的平均值即是系统最终的非线性系数值。受系统原理和试验条件的限制,计算平均值时需要确定变温源温度的有效范围,目前使用的范围确定方法是设计师首先依据经验提出几组可能的温度范围,然后对比每个范围的定标结果,选出最优的温度范围。显然,这种方法很容易受到人为因素的影响,而且由于不具备遍历所有温度范围的试验条件,无法确定每个变温源温度点的有效性。为了准确获得非线性系数值,首先通过分析热真空定标试验数据证明非线性系数与场景亮温无关,然后提出了一种优化计算方法,采用t准则确定有效范围得到非线性系数值。对比优化前后两种方法的结果表明,新方法的非线性亮温拟合残差的平均值和标准差值以及非线性亮温的最大拟合值都减小了。由此可见,新方法在计算非线性系数时可以获得更准确的变温源温度范围,可以优化非线性亮温的拟合效果,并且将定标精度提高0.04 K,优化效果在10 GHz接收机以及环境温度较高时尤为明显。     

利用FY-3C折射率对大气边界层高度的反演与分析

2013年中国发射了首颗进行全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)掩星观测的气象卫星风云3号C星(Fengyun-3C,FY-3C),且已发布自2014年6月以来的FY-3C掩星大气产品,但目前还未见将其应用于大气边界层的相关研究.首次尝试利用FY-3C折射率...     

利用星载微波辐射计AMSR-E数据反演海洋地球物理参数

从微波辐射传输原理出发, 通过理论模拟的亮温建立了海洋和大气参数的反演算法, 利用AMSR-E数据进行地球物理参数的反演验证, 并利用Wentz算法进行相同参数的反演, 以判断反演的效果。研究表明：在使用各种方法进行参数反演的时候, 反演结果和实际值之间存在很好的相关性, 但是都存在一个系统偏差需要修正。通过与NCEP和TAO浮标两组数据的比较发现, 同样的算法反演结果的均方根误差不同, 采用浮标数据比较的反演结果明显好于NCEP数据, 原因可能是NCEP数据存在一定的不确定性。算法反演大洋海面温度和风速的均方根误差分别为0.73K和1.21m/s。     

粗糙度对被动微波遥感反演土壤水分影响的试验研究

土壤水分是气象预报、农情监测及水文模型的重要参数之一,利用被动微波遥感技术可以有效获取土壤水分。本文分析被动微波遥感反演土壤水分的国内外研究现状,在前人相关理论与方法的研究基础之上,基于土壤的微波辐射特性,通过双波段(C、Ku)微波辐射计对不同水分、不同表面粗糙度的土壤微波辐射特性进行了试验研究,分析土壤湿度与微波发射率、土壤粗糙度与微波遥感指数之间的定量关系,并建立了土壤湿度与微波发射率、粗糙度与微波遥感指数间的经验模型。     

珠峰高程测量大气垂直折光系数的研究

大气垂直折光是影响珠峰高程测量成果和精度的重要因素之一。本文根据2005年珠峰高程测量实际数据详细分析研究了大气温度垂直梯度与大气垂直折光系数的计算原则、方法及其变化特征与变化趋势,结合同以往(1975、1992年)珠峰高程测量中大气温度垂直梯度与大气垂直折光系数变化趋势的比较,得出气温垂直梯度与大气垂直折光系数均存在周日变化并给出了它们的变化趋势,提高了珠峰高程的计算精度。     

地基GPS技术探测大气水汽含量的误差分析

随着GPS气象学研究的深入和发展，GPS遥感技术在气象学中的应用日益广泛。其中GPS遥感大气水汽含量的两类技术即地基GPS气象遥感技术和空基GPS气象遥感技术也已日益成熟。本文着重对地基GPS气象遥感技术探测大气水汽含量的基本原理和方法进行了详细阐述，在此基础上对其产生误差的主要因素从三方面即计算天顶静力学延迟的误差；GPS数据对总中性延迟的影响；从天顶湿延迟转换为综合水汽含量时的误差进行了分析。     

顾及日变化的山东省大气加权平均温度模型构建

联合使用无线电探空和数值气象模式数据,构建了顾及日变化特征的山东省大气加权平均温度模型。以ERA5积分T_m值为参考,对构建T_m模型用于山东省卫星定位连续运行综合应用服务系统(SDCORS)的精度和适用性进行了验证。结果表明：顾及日变化的山东省T_m模型基本消除了系统性偏差影响,均方根误差(RMSE)为3.0 K左右,较Bevis模型和Li模型分别提升24%和16%;且该模型具有良好的稳定性,在SDCORS各站点处的RMSE的最大变化为0.3 K,能够满足SDCORS的GNSS水汽反演应用需求。     

中国东南沿海地区大气反常结构遥感初探

对流层大气作为电波传播的主要媒介,其大气剖面参数直接影响无线电系统的作用距离和导航、定位精度,因此,研究大气剖面的微波遥感技术,尤其是大气反常结构,对分析评估无线电信息系统在复杂大气环境条件下工作性能和提供电波折射修正精度等具有重要的应用价值。中国东南沿海地区一直是研究的热点区域,本文选取青岛、射阳、厦门、海口4个站的气象探空仪观测数据,统计了这些地区大气波导的平均高度和厚度,对采用地基多通道微波辐射计的天顶和扫角亮温遥感其参数的算法进行了初步探索,提出了改进的组合神经网络算法来判别并遥感大气波导。同时,使用多年的探空数据对该算法进行了仿真验证,并用青岛气象站的实测数据验证了该算法的精度。结果表明该算法可用于遥感大气反常结构,并且与以往的算法相比更加实用、有效,可为雷达、通信、导航等系统设备提供环境信息保障。     

GPT／2模型用于 GPS 大气可降水汽反演的精度分析

气象参数(温度T、气压P)是GPS大气可降水汽(PWV)反演中必不可少的数据,也是PWV反演的重要误差源之一。文中主要对GPT/2(GPT、GPT2)模型用于PWV反演的精度进行验证和分析。基于非差精密单点定位(PPP)技术,选取SuomiNet网9个测站的观测数据,借助研制的PPP软件,分别采用GPT模型、改进的GPT2模型以及测站实测气象数据进行大气可降水汽(PWV)反演。以实测气象数据处理结果为参考,对两种模型解算的PWV进行了对比和精度分析。结果表明:改进的GPT2模型优于GPT模型,尤其是当测站的高程较大时,GPT2模型的稳定性更优、适用性更广;采用GPT2模型解算的PWV偏差均值小于±1.0mm,精度(RMS)优于±1.5mm。在缺少实测气象数据的情况下,利用GPT2模型数据仍然能够取得较为理想的PWV反演结果。     

基于微波辐射计的南极冰盖冻融时空变化分析

基于改进的小波冻融探测算法, 利用SMMR和SSM/I数据对南极冰盖1978年-2010年期间的冻融状况进行监测, 分析了南极冰盖近31年(1978-2010)和近10年(2000-2010)的整体和区域冻融时空变化特征, 结果表明:南极冰盖冻融变化受南极地区温度变化影响比较明显, 两者之间具有一定程度的正相关关系, 而且南极冰盖冻融具有南极东部和南极西部两种不同的冻融变化特征, 南极西部冰盖冻融变化剧烈, 南极东部冰盖冻融变化相对稳定, 甚至有减弱趋势。     

GNSS掩星探测大气算法及误差分析

简要概述了GNSS掩星探测大气的发展历史与国内外的研究现状;详细叙述了无线电掩星反演大气参数的基本原理,主要包括几何光学下的相位反演,中性大气层、电离层、振幅的反演,分辨率的定义以及无线电掩星技术系统与标准算法和误差分析;并针对该技术的一些特点,指出了若干尚需深入解决的问题;最后展望无线电掩星观测技术在数值天气预报(NWP)等领域的发展。     

微波辐射计的逆向辐射对定标及辐射测量的影响

微波辐射计是一种无源的微波遥感器,系统中存在逆向辐射,它通过无线向外辐射能量。逆向辐射温度的大小与接收机的噪声温度和前端器件有关,系统中的逆向辐射温度对微波辐射计的定标及陆基微波辐射计天底角附近的微波辐射测量都产生一定的影响。     

利用ECMWF和GPS估计大气可降水量

河南连续运行参考系统(Continuously Operating Reference Stations,CORS)有63个测站,但仅有6个测站安装有气象传感器,而且数据极其不完整,而气象数据对于(Global Positioning System,GPS)反演水汽十分重要.针对这一问题,研究了利用欧洲中期天气预报中心...     

利用AMSR-E微波辐射计对地表粗糙度参数的一种新标定方法

在利用微波辐射计进行对地观测的过程中，陆地表面特性参数（如土壤水分、土壤粗糙度和植被冠层）是土壤微波辐射的重要影响因素。地表粗糙度的标定对于利用微波辐射计数据反演地表参数而言是十分重要的工作。地表粗糙度参数（h和Q）随着观测频率而变化。通常的标定方法是，假设h的空间分布是变化的，Q在全球均一地分布，则在沙漠地区首先采取h=0的近似，再对Q进行标定。但是事实上，h和Q在全球的分布都是变化着的，这与地面环境状况有关。以AMSR—E数据为例，在对MPD1分析的基础上，推导给出了简单的、基于理论模型的参数厂。厂可以直接由观测亮温值计算得到，它是一个与土壤水分无关，仅与植被层含水量7．0，和土壤粗糙度σ有关的参量，因此它可以用于地表粗糙度的标定和对植被层含水量、植被生长／变化的估计。本文选择干旱季节里的北非地区，在没有对h采取任何假设的前提下，利用参数厂实现了对地表粗糙度参数h和σ的标定，并与原有标定方法的结果做了比较分析。     

三角高程测量中大气折光改正的教学研究

三角高程测量因大气折光影响而使精度受损。介绍从测定大气温度、压强入手,确定大气折射率、求出大气折光差角,从而消除大气折光对三角高程测量的影响的方法。     

基于微波辐射计的南极冰盖冻融时空变化分析

基于改进的小波冻融探测算法,利用SMMR和SSM/I数据对南极冰盖1978年—2010年期间的冻融状况进行监测,分析了南极冰盖近31年(1978—2010)和近10年(2000—2010)的整体和区域冻融时空变化特征,结果表明:南极冰盖冻融变化受南极地区温度变化影响比较明显,两者之间具有一定程度的正相关关系,而且南极冰盖冻融具有南极东部和南极西部两种不同的冻融变化特征,南极西部冰盖冻融变化剧烈,南极东部冰盖冻融变化相对稳定,甚至有减弱趋势。