利用卫星遥感数据监测莱州湾海冰

主要介绍了利用NOAA和EOS卫星遥感监测莱州湾海冰的方法,简要分析了海冰对不同光谱的反应及海冰和水体在可见光、近红外通道反射率的差异等,对2008年莱州湾海面结冰状况进行了监测,利用国家卫星气象中心提供的海冰厚度计算经验模式,估算了海冰厚度分布及面积。为了使海冰分布更加清晰,对NOAA卫星监测海冰图像进行了彩色增强处理。     

渤海的海冰数值预报

根据渤海气候和冰情特点,在已有海冰模式研究基础上,提出模拟海冰增长、消融和漂移的动力－热力学模式。模式冰厚分布由开阔水、平整冰和堆积冰三要素表示。该模式已与数值天气预报模式、大气边界层模式、潮流模式联结,并于１９９０年到１９９６年在国家海洋环境预报中心进行渤海和北黄海冰情预报。其数值预报产品包括冰厚、密度集、冰速、冰外缘线、冰脊参数、局地冰厚以及接近石油平台的冰漂移轨迹等,传送到国家海洋预报台和渤海石油公司等有关用户。为了客观评价模式和检验预报结果,在逐日预报后进行统计检验。本文概述渤海冰情、卫星遥感应用、冰模式及其预报结果和检验。     

渤海海冰数值模式的研究进展

根据渤海海冰冰情,从热力和动力两个方面综述了渤海海冰数值模式的研究进展。从热力参数方案和气候特点上,展望新一代渤海中小尺度短期海冰热力模式;从海冰动力模式中3种常用数值方法的主要特点和实际应用情况上,论述SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法在渤海海冰短期预报的发展前景。在此基础上,结合海洋气象的发展,讨论海冰短期预报的关键技术。将海冰数值预报模式与传统的中长期海冰统计预报有机地结合起来将是渤海海冰模式未来的发展方向。     

渤海海冰单点模式的气候模拟

利用PW1979海冰热力模式，考虑渤海的地理特点和气候特征，假设渤海为薄层海洋，引入二分法求解海冰表面温度。用该地区气候平均的云量、湿度、海平面气压和风速以及附近4站的月平均气温资料作为强迫场，模拟了渤海海冰的气候变化。模拟结果与逐年的海冰级数资料具有一致的变率，表明气温对海冰年际变化有重要影响。     

渤海海冰开采对渤海周边地区冬季气候影响的数值试验

本文利用2005年1月15日到2月14日 NCEP 再分析资料和 MODIS 卫星反演海冰分布资料及中尺度大气模式 POLAR MM5 对 2005 年冬季渤海区域进行气候模拟.根据 MODIS 卫星反演海冰资料,对模式运行区域下垫面的渤海海冰进行不同方案的开采,模拟其对渤海及周边地区冬季气候的影响.结果表明即使采取极端开采方案取走所有海冰,也只对开采区域和大连少部分地区冬季气候有所影响,而对我国其他邻海省份的气候环境没有明显的影响.     

长时间序列卫星遥感渤海海冰时空分布特征及与气温关系分析

利用气象卫星资料整理分析了1996—2011年冬季渤海海冰的时空分布变化:年际统计表明,单日海冰面积最大的3个年份分别是2011、2010和2001年,日最大冰面积均超过30000 km~2;单日海冰面积最小的3个年份分别是1999、2002和2007年,日最大冰面积均不超过10000 km~2。分区统计显示,海冰主要集中在辽东湾,其次是渤海湾,莱州湾最小;辽东湾海冰从东北向西南、从海滨到远海出现频率依次降低;渤海湾和莱州湾从海滨到远海,海冰的出现频率逐渐降低。在此基础上,分析了渤海逐日冰面积与营口站日均气温积温(≤-2℃)及气温的关系,结果表明渤海逐日冰面积与积温、气温之间均为负相关关系,其相关性在不同阶段表现不同:海冰发展期,渤海逐日冰面积与营口日均气温积温(≤-2℃)之间的相关性最为显著,相关系数为-0.90;海冰消融期,渤海逐日冰面积与营口3日(当日与前两日)平均气温的相关性最为显著,相关系数为-0.84;通过回归分析方法获得了渤海逐日冰面积与营口日均气温积温及3日平均气温的线性回归方程。最后,结合积温回归方程和3日平均气温回归方程,提出了分阶段的海冰面积预报方程,并利用该方程对2013和2014年度冬季渤海冰面积进行预报检验,检验结果证明上述方程具有一定的预报能力。     

冬季喀拉海、巴伦支海海冰面积变化对后期北太平洋海温的影响

采用Ｗａｌｓｈ的１９５３～１９９０年逐月北极海冰密集度资料、１９５３～１９８７年北半球海表温度资料、１９４６～１９８９年月平均５００ｈＰａ高度场以及１９８０～１９８９年８５０ｈＰａ高度场、风场和温度场资料,研究了冬季北极关键区（喀拉海、巴伦支海海区）海冰面积变化对后期北太平洋海表温度的影响。研究结果表明：冬季喀拉海、巴伦支海海冰可以影响初夏北太平洋中部海温。冬季该海区海冰偏多,则冬、春季节亚洲大陆冷空气活动偏北,春季白令海海冰偏少、阿留申低涡减弱西移,引导偏北的大陆冷空气南下,在热力和动力共同作用下,使北太平洋中部海温偏低;相反,冬季喀拉海、巴伦支海海冰偏少时,则冬、春季节亚洲大陆冷空气活动偏南,冷空气在东亚地区向南爆发,同时,白令海海冰偏多、阿留申低涡加深东移,北太平洋中部西风偏强且位置偏北,东太平洋副热带高压位置也偏北,使北太平洋中部海温受到来自低纬度地区暖湿气流的影响,海温将偏高。     

GMS实时资料遥感海冰的研究

利用１９９５年１，２月ＧＭＳ－４的红外亮温和可见光反照率资料，以辽东湾海冰为对象，根据冰水物理特性的差异，建立了冰水识别的判据和冰厚与亮温、反照率的对应关系，反演出冰厚和冰密集度数字分布。结果表明，冰水识别的准确率为８４．８％，冰厚反演误差为３．８ｃｍ，密集度反演误差为２２％。     

EOS/MODIS卫星对渤海海冰的观测研究

本文对MODIS数据进行了处理和分析,探讨了利用MODIS数据提取渤海海冰信息的方法,得到三个不同时相的海冰分布情况。研究结果表明,利用MODIS提取的海冰纹理很清楚,可以很好的刻画出海冰的外缘线及冰块之间的缝隙。因此,利用MODIS准确监测海冰的分布及其面积变化是十分可行的。     

气候模式对海冰反照率参数化的敏感性

在NCAR的通用气候模式(CCM)中,用三种海冰反照率参数化方案,各作一年的模拟试验,与控制试验结果作比较,以检验这些参数化对极地表面温度、行星反照率和云的影响.试验I中所用的1977年春、夏季北极海盆的海冰反照率是从国防气象卫星图像(DMSP)推演得到的.试验Ⅱ将冰沟和融水池部分预先指定并采用反照率加权方案.试验Ⅲ含有相互作用的海冰/雪反照率参数化的耦合,它为表面状态的函数. 结果表明,与控制试验中所用的标准CCM海冰反照率方案相比,预先指定的或假定的“真实”卫星海冰反照率会产生更高的行星反照率.结果在北极地区温度更低(低0.5K),云量增多.标准CCM海冰反照率方案用来调节,以维持极地海洋“正常”温度.冰沟和融水池增暖海冰地区的辐射作用只是短时间的.与控制值相比,第三种方案明显地得出更低的行星反照率(减少0.07到0.17),及较高的表面温度(高2.0K). CCM摸拟出春、夏北极云量逐渐减少,而观测表明,春季云量陡增.因此有必要检验CCM的程序,特别是云的参数化.     

博斯腾湖面积定量遥感

采用NOAA/AVHRR资料, 利用水体与地物光谱特性的差异, 结合通道2方案和通道2/通道1方案, 对4月博斯腾湖水体进行判识, 而利用通道2、通道2/通道1并结合通道4的方案判识了10月博斯腾湖水体, 在此基础上利用线性混合模式对混合像元做了处理, 定量估算了1990—1998年4月和10月博斯腾湖的面积, 调研了9年来博斯腾湖面积变化情况, 表明9年间博斯腾湖面积呈增加趋势。进一步采用主成分分析方法对博斯腾湖面积增大原因做了初步的气候分析, 表明1988年以来博斯腾湖地区气温升高、蒸发量减少、降水有所增加, 而人类活动用水和出流稳定并有减少是博斯腾湖面积增加的主要原因。而博斯腾湖及上游地区季节性积雪的特征, 使冬季积雪水资源注入博斯腾湖, 导致春季博斯腾湖面积较秋季大。     

The Relationship between Melt Season Sea Ice over the Bering Sea and Summer Precipitation over Mid-Latitude East Asia

Independent datasets consistently indicate a significant correlation between the sea ice variability in the Bering Sea during melt season and the summer rainfall variability in the Lake Baikal area and Northeastern China. In this study, four sea ice datasets(Had ISST1, Had ISST2.2, ERA-Interim and NOAA/NSIDC) and two global precipitation datasets(CRU V4.01 and GPCP V2.3) are used to investigate co-variations between melt season(March-April-May-June, MAMJ)Bering Sea ice cover(BSIC) and summer(June-July-August, JJA) East Asian precipitation. All datasets demonstrate a significant correlation between the MAMJ BSIC and the JJA rainfall in Lake Baikal-Northeastern China(Baikal-NEC).Based on the reanalysis datasets and the numerical sensitivity experiments performed in this study using Community Atmospheric Model version 5(CAM5), a mechanism to understand how the MAMJ BSIC influences the JJA Baikal-NEC rainfall is suggested. More MAMJ BSIC triggers a wave train and causes a positive sea level pressure(SLP) anomaly over the North Atlantic during MAMJ. The high SLP anomaly, associated with an anti-cyclonic wind stress circulation anomaly,favors the appearance of sea surface temperature(SST) anomalies in a zonal dipole-pattern in the North Atlantic during summer. The dipole SST anomaly drives a zonally orientated wave train, which causes a high anomaly geopotential height at 500 h Pa over the Sea of Japan. As a result, the mean East Asian trough moves westward and a low geopotential height anomaly occurs over Baikal-NEC. This prevailing regional low pressure anomaly together with enhanced moisture transport from the western North Pacific and convergence over Baikal-NEC, positively influences the increased rainfall in summer.     

利用NOAA卫星AVHRR资料分析云的性质

文章利用NOAA卫星AVHRR的通道3（3.55～3.93 μm）、通道4（10.3～11.3 μm）和通道5（11.5～12.5 μm）所在波长上的亮温（BT3,BT4,BT5）以及它们之间的亮温差（BTD34,BTD45）,分析云的性质。分析表明:对于密蔽的云和无云区,通道间亮温差有极小值,在密实的云区BTD34可出现负值;当存在半透明云时,通道间亮温差大;云与背景地面之间温差点聚图的振幅越大,通道间亮温差越大。     

北极海冰对2008年1月乌拉尔高压异常的影响

2008年1月我国南方发生了大范围的雨雪冰冻灾害天气,造成此次灾害的一个重要原因是乌拉尔高压异常的长期维持,而作为下垫面的海洋,2007/2008冬季环北欧海海冰异常偏少。观测资料合成分析表明,乌拉尔山地区出现高压异常与巴伦支海和喀拉海的海冰偏少存在密切对应关系。利用大气环流模式试验研究了(90°W~60°E)区域海冰异常对大气的影响,模拟结果显示海冰对乌拉尔高压异常有正的贡献,线性模式诊断表明天气尺度瞬变波是海冰影响乌拉尔高压异常的一种重要机制。     

黄渤海大风的客观相似预报

以MICAPS资料为基础，海平面气压资料为指标，设计了一种通过计算相似系数查找相似形势，制作黄、渤海地区24h大风的客观预报方法，并建立了包括109个大风历史个例资料库。试验结果表明，风速预报的平均误差在20％以下，满足大风预报业务的要求。相似法具有不需依赖国外资料及计算简单迅速的特点，它不仅是现在日常业务的一个补充，更重要的是，它是一种可以在战争等非常情况下使用的预报方法。     

利用NOAA/AVHRR监测青海省草地生产力变化的研究

青海省地处青藏高原，生态环境脆弱。近20年来，由于气候变化和人类活动的共同影响，生态环境，特别是草地资源发生了较大的变化。利用美国地球资源观测系统数据中心探路者数据库(Pathfinder Data Sets)1981-1999年间的NOAA／AVHRR NDVI资料序列，分析了青海省近20年来草地生产力变化的时间特征及地区差异性。     

黄、渤海气旋暴发性发展的个例分析

对1993年6月初的一个在黄、渤海区达到暴发性发展强度,并形成了一个有明显眼区的温带气旋个例进行了诊断研究。结果表明,温度平流和涡度平流、沿岸锋生以及高空急流的动力作用对气旋暴发性发展有重要贡献。     

Assessment of Snow Depth over Arctic Sea Ice in CMIP6 Models Using Satellite Data

Snow depth over sea ice is an essential variable for understanding the Arctic energy budget.In this study,we evaluate snow depth over Arctic sea ice during 1993-2014 simulated by 31 models from phase 6 of the Coupled Model Intercomparison Project(CMIP6)against recent satellite retrievals.The CMIP6 models capture some aspects of the observed snow depth climatology and variability.The observed variability lies in the middle of the models’simulations.All the models show negative trends of snow depth during 1993-2014.However,substantial spatiotemporal discrepancies are identified.Compared to the observation,most models have late seasonal maximum snow depth(by two months),remarkably thinner snow for the seasonal minimum,an incorrect transition from the growth to decay period,and a greatly underestimated interannual variability and thinning trend of snow depth over areas with frequent occurrence of multi-year sea ice.Most models are unable to reproduce the observed snow depth gradient from the Canadian Arctic to the outer areas and the largest thinning rate in the central Arctic.Future projections suggest that snow depth in the Arctic will continue to decrease from 2015 to 2099.Under the SSP5-8.5 scenario,the Arctic will be almost snow-free during the summer and fall and the accumulation of snow starts from January.Further investigation into the possible causes of the issues for the simulated snow depth by some models based on the same family of models suggests that resolution,the inclusion of a hightop atmospheric model,and biogeochemistry processes are important factors for snow depth simulation.