热带测雨卫星综合探测结果之"云娜"台风降水云与非降水云特征

为了解降水云与非降水云相应的微波信号、云水、雨水及潜热特征,文中利用热带测雨卫星搭载的测雨雷达、微波成像仪及红外辐射计探测的匹配融合结果,就2004年8月“云娜”台风进行了个例分析研究。结果表明:“云娜”台风过程中深厚降水云占79%,中云和低云降水仅分别占10.6%和10.4%;非降水低云所占比例最大(45.5%),高云其次(34.1%)。降水云中大粒子居多,非降水云粒子有效半径分布宽。深厚降水云中冰、水含量成正比;中等厚度降水云中的冰含量相对稳定,但液态水含量变化大;深厚和中等厚度非降水云中的冰、水含量皆成反比。对降水率、气柱潜热、气柱云水和云冰沿台风径向分布的分析结果发现,台风生成前的低压中心附近降水率和气柱总潜热比随后时次均大,表明降水释放潜热对“云娜”台风的形成起到了非常重要的作用;在台风形成后,降水率和气柱总潜热自台风云墙向外减小;随着台风的成熟,降水率和气柱总潜热沿台风径向分布趋于稳定。潜热廓线分析表明,深厚降水云潜热释放在对流层中上部(3 km以上),最大潜热高度约4.5 km。对降水云和非降水云的冰、水含量平均垂直廓线分析表明,深厚和中等厚度的降水云中水粒子含量具有相似的平均廓线,最大值(约0.03 g/m3)位于4—5 km高度,降水低云中的水粒子含量最大值(约0.07 g/m3)位于4 km高度;对于非降水云,3种不同高度的潜热廓线、水和冰粒子含量廓线相似,反映了TRMM反演算法对这些参数的反演仍存在缺陷。     

基于热带测雨卫星探测的东亚降水云结构特征的研究

利用热带测雨卫星的测雨雷达(TRMMPR)、微波成像仪(TMI)、可见光和红外辐射计(VIRS)、闪电成像仪(LIS)对降水云的综合探测结果,结合全球降水气候计划降水资料(GPCP)和中国气象台站雨量计观测资料,分析了东亚降水分布特点,并比较了TRMMPR与GPCP及地面雨量计观测结果的差异;揭示了中国中东部大陆、东海和南海对流降水和层云降水平均降水廓线的季节变化特征及物理意义,以及TMI高频和低频微波信号对地表降水率变化的响应特点;通过对中尺度强降水系统、锋面气旋降水系统和热对流降水系统的个例分析,探明了降水结构及其与闪电活动的关系、降水云顶部信息与地表雨强之间的关系。     

TRMM卫星测雨雷达及其应用研究综述

热带降水测量卫星测雨雷达（TRMM－PR）是第一部星载测雨雷达。卫星于1997年11月28日成功发射，其测雨雷达经过在轨测试定标之后，已向地面发回大量的雷达观测信息。本文主要根据1999年7月如开的第29届雷达气象国际会议的文集和作者所看到的其它文献资料，简要介绍该卫星、星载测雨雷达及其测信息处理和应用的一些研究成果。     

星载测雨雷达探测的夏季亚洲对流与层云降水雨顶高度气候特征

利用热带测雨卫星测雨雷达的10年探测结果,对夏季亚洲对流降水与层云降水雨顶高度分布、雨顶高度与地表降水强度的关系、雨顶高度日变化特征进行了研究。结果表明,青藏高原和中国东部平原的多数(70%以上)对流降水雨顶高度分布在8—12和5—10km,其他地区分布在5—9km;陆面对流降水雨顶平均高度高于洋面。洋面和陆面层云降水雨顶高度没有明显差异,多在5—8km。夏季亚洲浅对流降水比例少,而深厚对流主要出现在中国东部平原、西南、印度次大陆西部至伊朗高原东部地区,比例约40%。洋面和陆面的弱对流降水的雨顶平均高度在7—8km,弱层云降水相应的雨顶平均高度多小于7.5km;陆面约90%的强对流降水雨顶平均高度在9km以上,而强层云降水雨顶的平均高度通常不超过8.5km。夏季亚洲对流降水和层云降水的雨顶平均高度均随着地面平均降水率的增大而升高,两者遵从二次函数关系。对流降水及层云降水频次、强度和雨顶高度的日变化峰值分析表明,陆面这些参量的日变化强于洋面,并且三者的日变化基本同步。     

中国南方地基雨量计观测与星载测雨雷达探测降水的比较分析

利用热带测雨卫星(TRMM)上搭载的测雨雷达(PR)探测结果和中国40°N以南地区约430个台站雨量计观测结果,分析研究了1998-2005年中国南方地区这两种降水资料气候分布的异同.研究结果表明两种降水资料在2.5°空间水平分辨率上,所描述的中国南方降水率气候分布在多年年平均和季平均上具有较好的一致性,但在降水率极值和极值区范围大小等细节上两者还存在一定的差异,主要是地面雨量计结果相对PR结果偏高,其中中同南方50%以上地区两者相差在1 mm/d以内、30%的地区两者相差在1-2 mm/d,夏季差异可超过2 mm/d.对两种降水资料差异的原因分析表明,地面雨量计空间分布密度是影响两者差异的决定性因素,当格子内雨量计超过6个时,两者的相关系数大于0.7;夏季两种降水资料的相关性都比其他季节差,不论格子内的雨量计数量多与少;对流降水多发地区,两种降水资料之间的差异大于层云降水多发地.利用PR探测结果对夏季青藏高原多年月平均降水率分布及高原东、西部的降水特点的分析表明,6月高原东部出现2 mm/d左右的降水区,而在7和8月1 mm/d的降水区域基本覆盖了除高原西部以外的整个高原,其中高原中部地区出现降水率近3mm/d的大值区.月降水距平的时间演变表明,高原降水偏少月份要多于偏多月份.     

714CD多普勒天气雷达和711测雨雷达探测雹云的对比分析

利用７１４ＣＤ多普勒天气雷达和７１１天气雷达对１９９５年８月２６日一次较强单体雹云的对比观测资料,分析了南疆北部渭干河灌区单体雹云的结构及发展演变特点,比较并分析了两部雷达观测结果的异同及其产生原因。结果表明：７１４ＣＤ多普勒天气雷达与７１１雷达相比具有探测能力强、探测精度高的优势,而且在探测雹云的结构方面,与７１１雷达的探测结果基本一致,可以引用７１１雷达长期以来对雹云的研究结果。     

热带测雨卫星的星载雷达和地基雷达探测云回波强度及结构误差的模拟分析

为了揭示热带测雨卫星上的测雨雷达热带测雨卫星的星载雷达与X波段多普勒雷达在探测云的反射率因子的大小和结构方面的差异,用散射模式和数值模拟的方法讨论了这两种雷达的波长、雷达波入射方向、波瓣宽度等参量对反射率因子的大小和结构的影响,并利用所得结果讨论了两种雷达实际观测的差异。结果表明:雷达波长和入射方向的不同引起的两种雷达测量的反射率因子的差异在2.0dBz以内,TRMMPR可在强回波中心探测到更大的反射率因子,并在很大程度上平滑了回波的结构,在强回波和弱回波区分别低估和高估3～5dBz,造成了观测的云的面积增大、平均回波强度减小、面积积分降水量增大。这些理论结果还不能完全揭示两种雷达实际观测结果的差异,看来星载雷达和地基雷达探测结果的对比问题很复杂,其中雷达波的衰减问题是必须考虑的。     

基于测雨雷达资料的青藏高原东坡夏季降水的分析

本文基于2000～2014年共计15年夏季（6～8月）的TRMM卫星PR（测雨雷达）探测结果2A25资料,对高原东坡及临近区域降水的水平、垂直分布特征,以及日变化特征进行了分析,结果揭示了高原对降水的影响。由降水样本数占PR总观测样本数的比例可知,降水频次表现为高原低、东部盆地高的特点,平均降水强度也类似。层云降水频次高于对流降水,但平均降水率低于对流降水。降水的垂直分布表明,下垫面高度超过3km时,降水率廓线峰值出现在5～6km,而其它地区峰值出现在3～4km高度。该区域的降水以夜雨为主;高原上的对流类型降水主要发生在白天,盆地和丘陵地区降水主要发生在夜间。     

利用热带测雨卫星的测雨雷达资料对1997/1998年ElNio后期热带太平洋降水结构的研究

利用热带测雨卫星的测雨雷达 (TRMMPR)的探测结果 ,对 1 997 1 998年ElNin～o后期热带太平洋的降水结构进行了研究 ,并对比了非ElNin～o的 1 999年和 2 0 0 0年的同期降水情况 ,取得如下结果 :( 1 ) 1 997 1 998ElNin～o后期与非ElNin～o期间相比 ,1 997 1 998ElNin～o后期 ,热带东、中太平洋层云降水和对流云降水的比例明显增大、平均降水率也增大 ,并且层云强降水的比例增多 ,而层云弱降水比例减少。 ( 2 )在非ElNin～o期间 ,热带东、中太平洋对流云降水系统较为浅薄 ,冻结层高度比西太平洋低约 0 5km ;而在 1 997 1 998ElNin～o后期 ,这种差异明显减小 ,热带东、中太平洋对流云降水和层云降水都变得深厚 ;对流云降水和层云降水的降水率随高度的变化也发生了变化。 ( 3)对大气环流的分析表明 ,对应于降水结构的变化 ,热带太平洋地区的高空辐合辐散分布也发生了改变 ,导致Walker环流在 1 997 1 998ElNin～o后期减弱。     

Climatological characteristics of summer precipitation over East Asia measured by TRMM PR: A review

Precipitation is an important indicator of climate change and a critical process in the hydrological cycle, on both the global and regional scales. Methods of precipitation observation and associated analyses are of strategic importance in global climate change research. As the first space-based radar, the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) Precipitation Radar (PR) has been in operation for almost 17 years and has acquired a huge amount of cloud and precipitation data that provide a distinctive view to help expose the nature of cloud and precipitation in the tropics and subtropics. In this paper we review recent advances in summer East Asian precipitation climatology studies based on long-term TRMM PR measurements in the following three aspects: (1) the three-dimensional structure of precipitation, (2) the diurnal variation of precipitation, and (3) the recent precipitation trend. Additionally, some important prospects regarding satellite remote sensing of precipitation and its application in the near future are discussed.     

TRMM测雨雷达对1998年东亚降水季节性特征的研究

利用热带测雨计划卫星上的测雨雷达得到的降水资料,对1998年东亚降水,特别是中国大陆东部、东海和南海的降水,进行了分析研究,并对比了热带降水研究结果。年统计结果表明,东亚地区层状云降水出现概率极高(比面积达83.7％),对流云降水的比面积仅占13.6％,然而两者对总降水量的贡献相当。结果还表明,暖对流云降水出现的比例和对总降水量的贡献很小。在季节尺度,对流云和层状云降水的比与两者的面积比成比例关系。除夏季外,测雨雷达降水量与GPCP降水量可比性好。研究结果还指出:在中纬度陆地和海洋上对流云和层状云的比降水量和比面积呈相反方向作季节性南北移动,这一活动与东亚季风变化一致;该地区降水的季节性变化还表现为降水垂直廓线的变化。除冬季外,南海地区降水垂直结构呈热带特征。CRAD分析表明,对流云降水的地面雨强变化大,尤其在陆地上,而层状云多表现为地面弱降水。     

基于TRMM PR探测的夏季合肥地区降水特征分析

利用热带测雨卫星TRMM搭载的测雨雷达（PR）1998-2012年的观测资料,研究了合肥地区夏季（6、7、8月）不同类型降水的降水强度和频次的水平空间分布、降水垂直结构、日变化特征以及气候变化等特征,揭示了城市化效应造成城市及其周边区域降水特征在时空上的分布差异。研究结果表明,（1）主城区对流和层云降水强度低于周边区域,对流降水频次也低于周边区域,但层云降水频次则相反。可见城市化发展是改变降水的空间分布的因素之一,且对不同的降水类型空间分布影响不同。（2）主城区降水回波信号高度高于周边区域,而降水强度低于周边区域,表明城市效应促进降水云发展而未造成降水强度增强。（3）合肥地区对流和层云降水的强度和频次日循环存在时空分布不均匀性,其中城区的对流降水强度和频次日循环与城市热岛效应日循环具有一致性。总体来看,城市化对局地降水强度影响较大,而对局地降水频次的总体影响不是很明显。（4）通过降水气候变化分析表明,城区两种类型降水强度和频次均呈逐年下降趋势,周边区域降水强度呈不显著上升趋势,降水频次呈逐年下降趋势,其中层云降水频次下降趋势较显著。城市化进程使得城市及其周边区域降水不均匀性逐年增强。极端降水空间分布特征分析表明,城市周边区域强降水频次高于主城区,尤其在城市的下风区高出主城区75%;而周边区域弱降水发生的频次低于主城区,城市下风区最低,低于主城区约18%。     

Climatological Characteristics of Summer Precipitation over East Asia Measured by TRMM PR:A Review

Precipitation is an important indicator of climate change and a critical process in the hydrological cycle, on both the global and regional scales. Methods of precipitation observation and associated analyses are of strategic importance in global climate change research. As the first space-based radar, the Tropical Rainfall Measuring Mission(TRMM)Precipitation Radar(PR) has been in operation for almost 17 years and has acquired a huge amount of cloud and precipitation data that provide a distinctive view to help expose the nature of cloud and precipitation in the tropics and subtropics. In this paper we review recent advances in summer East Asian precipitation climatology studies based on long-term TRMM PR measurements in the following three aspects:(1) the three-dimensional structure of precipitation,(2) the diurnal variation of precipitation, and(3) the recent precipitation trend. Additionally, some important prospects regarding satellite remote sensing of precipitation and its application in the near future are discussed.     

Tropical Precipitation Estimated by GPCP and TRMM PR Observations

In this study, tropical monthly mean precipitation estimated by the latest Global Precipitation Climatology Project （GPCP） version 2 dataset and Tropical Rainfall Measurement Mission Precipitation Radar （TRMM PR） are compared in temporal and spatial scales in order to comprehend tropical rainfall climatologically. Reasons for the rainfall differences derived from both datasets are discussed. Results show that GPCP and TRMM PR datasets present similar distribution patterns over the Tropics but with some differences in amplitude and location. Generally, the average difference over the ocean of about 0.5 mm d^-1 is larger than that of about 0.1 mm d^-1 over land. Results also show that GPCP tends to underestimate the monthly precipitation over the land region with sparse rain gauges in contrast to regions with a higher density of rain gauge stations. A Probability Distribution Function （PDF） analysis indicates that the GPCP rain rate at its maximum PDF is generally consistent with the TRMM PR rain rate as the latter is less than 8 mm d^-1. When the TRMM PR rain rate is greater than 8 mm d^-1, the GPCP rain rate at its maximum PDF is less by at least 1 mm d^-1 compared to TRMM PR estimates. Results also show an absolute bias of less than 1 mm d^-1 between the two datasets when the rain rate is less than 10 mm d^-1. A large relative bias of the two datasets occurs at weak and heavy rain rates.     

Morphological Characteristics of Precipitation Areas over the Tibetan Plateau Measured by TRMM PR

The multidimensional morphological characteristics(including scale, horizontal shape and 3 D morphology) of precipitation areas over the Tibetan Plateau in summer were studied using 15 years(1998–2012) of observational data from the precipitation radar onboard the Tropical Rainfall Measuring Mission satellite. As the scale of the precipitation area increased from 20 to 150 km, the near-surface rain rate(RRav) of the precipitation area increased by up to 78%(from ~1.12 to ~2 mm h~(-1)). Linear precipitation areas had the lowest median RRav(~1 mm h~(-1) over the eastern Tibetan Plateau),whereas square-shaped precipitation areas had the highest median RRav(~1.58 mm h~(-1) over the eastern Tibetan Plateau).The 3D morphology was defined as the ratio of the average vertical scale to the average horizontal scale, where a large value corresponds to thin and tall, and a small value corresponds to plump and short. Thin-and-tall precipitation areas and plump-and-short precipitation areas had a greater median RRav, whereas the precipitation areas with a moderate 3D morphology had the lowest median RRav. The vertical structure of the precipitation-area reflectivity was sensitive to both size and 3D morphology, but was not sensitive to the horizontal shape. The relationship between RRav and the morphological characteristics was most significant over the southern slopes of the Tanggula Mountains and the Tibetan Plateau east of 100°E. The morphological characteristics of precipitation areas are therefore closely related to the intensity of precipitation and could potentially be used to forecast precipitation and verify numerical models.     

青藏高原地区TRMM PR地面降雨率的修正

为掌握并改进青藏高原地区TRMM卫星降水雷达 (precipitation radar,PR) 地面降雨率准确度,统计分析了2005—2007年TRMM PR 2A25资料和逐小时地面雨量计,结果表明:青藏高原地区TRMM PR地面降雨率在层云降水时平均偏低35%,在对流云降水时平均偏高42%。Z-R关系的适用性是PR产生偏差的原因之一,研究将TRMM PR层云降水模型中20℃层Z-R关系的初始系数A和b分别修正为0.0288和0.6752,对流云降水模型中20℃层的初始系数A和b分别修正为0.0406和0.5809,得到两类降水模型0℃层与20℃层之间不同高度Z-R关系的更新系数。检验结果表明,修正降水模型后能够提高青藏高原地面降雨率测量的准确度。     

Diurnal Variations of Precipitation over the Steep Slopes of the Himalayas Observed by TRMM PR and VIRS

This study investigates diurnal variations of precipitation during May–August, 1998–2012, over the steep slopes of the Himalayas and adjacent regions(flat Gangetic Plains–FGP, foothills of the Himalayas–FHH, the steep slope of the southern Himalayas–SSSH, and the Himalayas-Tibetan Plateau tableland–HTPT). Diurnal variations are analyzed at the pixel level utilizing collocated TRMM precipitation radar and visible infrared data. The results indicate that rain parameters(including rain frequency, rain rate, and storm top altitude) are predominantly characterized by afternoon maxima and morning minima at HTPT and FGP, whereas, maximum rain parameters at FHH typically occur in the early morning. Rain parameters at SSSH are characterized by double peaks;one in the afternoon and one at midnight. Over HTPT and FGP,convective activity is strongest in the afternoon with the thickest crystallization layer. Over FHH, the vertical structure of precipitation develops most vigorously in the early morning when the most intense collision and growth of precipitation particles occurs. Over SSSH, moist convection is stronger in the afternoon and at midnight with strong mixing of ice and water particles. The results of harmonic analysis show that rain bands move southward from lower elevation of SSSH to FHH with apparent southward propagation of the harmonic phase from midnight to early morning. Moreover, the strongest diurnal harmonic is located at HTPT, having a diurnal harmonic percentage variance of up to 90%. Large-scale atmospheric circulation patterns exhibit obvious diurnal variability and correspond well to the distribution of precipitation.     

TRMM/PR与香港雷达资料对比分析

1999年8月23日，“Sam”台风在香港及其邻近地区造成暴雨。将热带降水测量卫星（TRMM）上降水雷达（PR）测到的降水率及雷达反射因子与香港雷达测量的相应值进行了对比分析，总的来说，它们之间有很好的一致性。在对比分析过程中，采取了两种方法：平均法和最佳匹配法。用最佳匹配法所得到的相关系数明显大于平均法。另外，当所测雨区与香港雷达距离小于100km时相关系数较大。PR测量的雷达反射因子大于香港雷达的测量值，两者的差值随距离的增加而增大。在PR测量的雷达反射因子小于20dB时，香港雷达测量值较大，反之PR测量值较大，两者之间的差值随PR测量值的增加而增大。     

基于TRMM卫星探测对宜宾夏季两次暴雨过程的比较分析

利用TRMM卫星和宜宾多普勒雷达探测结果,比较分析了2007年夏季在宜宾发生的"2007.07.09"和"2007.08.23-25"两次区域性暴雨过程降水云团的水平和垂直结构变化特征、降水云团风廓线变化特征,结果表明:(1)这两次暴雨过程降水水平结构均为中尺度对流降水系统,但"2007.07.09"暴雨过程比"2007.08.23-25"的降水强度和范围要大得多,且垂直结构表现为强对流性降水云团的云顶高度分别达17、14 km;(2)两次过程的层云降水率廓线差异并不大,随高度增加,降水强度呈减小趋势,而它们的对流降水率廓线差异较大,降水增长区分别由碰并层向冰水混合层转移和由冰水混合层向碰并层转移的趋势;(3)雷达风廓线上,发现"2007.07.09"大暴雨区存在低层辐合高层辐散的典型垂直环流结构,减弱时降水云团的高度有所下降,且在垂直方向上降水云团活动均为连续的,而发现"2007.08.23-25"东风波过来时有冷暖平流的一个变化情况,且降水云团活动是时断时续的.