风廓线雷达和地基微波辐射计在冰雹天气监测中的应用

利用风廓线雷达和地基微波辐射计观测资料,对2010年4月12日发生在湖北咸宁的一次冰雹过程进行了分析,探讨这两种资料在冰雹天气监测预警中的应用。结果表明:(1)这次冰雹过程中,850~700 h Pa之间低槽约在降雹前1 h过境,850 h Pa以下低槽约在降雹前2 h过境。在降雹前约0.5h,0~4 km垂直速度大小随高度的波动明显增大。0~6 km始终存在较深厚的垂直风切变,每200 m高度的水平风垂直切变在2~2.5 km的正中心与冰雹发生相对应。(2)降雹前,0~10 km整层相对湿度垂直廓线大体呈5~10 km小、0~5 km大的"上干下湿"2层结构。降雹前约0.5 h,相对湿度呈"上下湿、中间干"的3层结构,大气液态水总含量ILW、大气水汽总含量IWV都呈波动快速增长,冰雹发生在ILW和IWV的波峰上。(3)在降雹前约6 h,K指数超过35℃,在降雹前CAPE平均值约为627 J·kg-1,0℃,-10℃和-20℃层高度分别在5 km、6 km和7.5 km。     

利用MODIS和AMSR-E进行积雪制图的比较分析

MODIS和被动微波辐射计AMSR-E提供了识别积雪的不同方法.MODIS首先计算反映积雪在1.6μm强吸收特性的归一化差值积雪指数NDSI,在剔除卷云的影响后,得到MODIS积雪分布.AMSR-E则根据积雪在微波波段的差异性散射特性识别积雪.通过案例分析比较了MODIS和AMSR-E积雪分布,发现由于云的遮蔽使MODIS积雪分布面积会比实际小,但由于MODIS的空间分辨率很高,得到的积雪边界线轮廓清晰.而微波由于不受云的影响,得到的AMSR-E积雪分布比较符合实际,但积雪的边界线较粗.     

地物光谱反射率野外测量实验方案改进

针对现有地物光谱反射率野外测量实验方案的不足,提出了地物光谱反射率的各向异性测量、不同环境条件的对比测量、不同时相的对比测量以及地物光谱反射率图像模拟四项实验改进方案。利用ISI921VF-128野外地物光谱辐射计和ArcG IS、ERDAS软件进行了实例测量与验证,揭示了真实地物光谱反射率的特征,模拟生成了"图谱合一"的地物光谱反射率图像,提高了实验教学质量。     

利用太阳-天空辐射计遥感观测反演北京冬季灰霾气溶胶成分含量

根据气溶胶成分的光学特性,气溶胶可简化为五种成分组成：一类是吸收性的成分,包括黑碳(BC)、吸收性有机碳(BrC)、沙尘(DU);另一类是散射性成分硫酸铵(AS);还有一类是气溶胶中的重要成分——水分(AW)。本文基于太阳-太空辐射计获取的气溶胶微物理特性资料,对北京2013年1月灰霾过程气溶胶中这五种成分的含量进行了定量反演研究。结果表明,灰霾天气下气溶胶中BC,BrC,DU,AS和AW的体积比例为2%,9%,30%,33%和26%,而清洁天气分别为3%,3%,15%,71%和8%。对于质量浓度,灰霾天气下BC,BrC,DU,AS和AW分别是7,35,166,131和73 mg/m2;而清洁天气下分别为4,4,29,78和6 mg/m2,两者的成分比例有显著差别。反演的黑碳质量浓度,以及细粒子的质量浓度分别与黑碳仪的观测和环保部公布的PM2.5的质量浓度具有很好的一致性,相关系数（R2）分别为0.45和0.85。     

四频微波辐射计控制与数据处理系统研究

论述了采用80C196单片机开发的四频微波辐射计的控制与数据处理系统，该系统主要包括接口电路、数据采集电路、时序控制电路和控制与数据处理的软件模块。任务通信、实时时钟和输入输出及中断管理4部分组成。在软件设计中编写了实时多任务操作系统，由任务调度、数据处理方法采用了当前国际上先进的数字调制解调技术。该系统可以完成实时控制、数据采集与数据处理、实时显示及实时通信等功能。由于采用了单片机控制结构，使该系统结构简化、体积缩小、成本降低、可靠性提高，具有较好的应用价值。     

地基微波辐射计资料的质量控制及同化应用研究

针对地基微波辐射计反演资料的质量问题,利用北京区域7个站点的RPG-HATPRO型微波辐射计反演的温湿数据,在传统质量控制方法的基础上,通过增加双权重检查和偏差订正方法,设计了新的质量控制方案,而后针对质量控制后的温湿廓线开展了同化应用研究,结果表明:只有个别站点的反演温度误差较大,反演温度误差大的站点在质量控制前最大均方根误差为8 ℃,但在质量控制后均方根误差下降到4 ℃以内,误差下降50％以上,而对于反演温度误差小的站点,质量控制只对高层数据有所改善;进一步分析表明所有站点的反演相对湿度误差都比较大,在质量控制前反演的相对湿度均方根误差最大甚至达到50％,但在质量控制后所有站点反演的相对湿度均方根误差都降到20％以内,误差显著降低,同时经过质量控制后的反演温湿数据误差平均偏差降为0左右,误差满足高斯分布,符合同化的要求。同化试验表明:与控制试验相比,同化质量控制后的地基微波辐射计反演温湿廓线资料能有效改善模式对所有量级的6 h累积降水量预报,无论是降水中心位置预报还是降水量级预报,都使得模式降水预报更加趋近实况,同化试验还表明同化对温湿场有较大影响,使得模式温湿场更加合理,能有效提高模式的预报准确率。     

微波辐射计资料在大雾预报预警中的应用

MP-3000A 是一种新型大气探测仪器,可以连续得到从地面到10 km 高度上高分辨率的位温、相对湿度、水汽密度及其廓线。选取大雾发生、维持及消散时微波辐射计观测数据,分析发现,大雾从形成到消散过程中水汽密度、相对湿度和位温均有不同变化;大雾发生前近地层大气中的相对湿度、水气密度一般会稳定增加,大雾发生时两者会有爆发性增加的现象。大雾维持阶段在近地层多伴有逆温层,辐射雾逆温层明显;大雾期间雾层高度有稳定型也有波动型,雾层高度下降时大雾会迅速加强。大雾消散时近地层大湿区减小抬升,水汽密度迅速减小。因此研究微波辐射计探测的大气水汽密度、液态水含量和位温,将有助于提高大雾生成与消散的预报、预警。     

2000年以来我国长江中游区域暴雨研究进展

结合2014年7月初长江流域梅雨期暴雨过程,将融合多普勒雷达基数据、探空和地面观测资料的LAPS分析场,与长江中游暴雨监测外场试验观测基地的多源探测资料进行对比,并对鄂东南暴雨进行初步诊断分析和数值模拟。结果表明,LAPS可降水量、液态水含量和云底高度随时间演变趋势与咸宁微波辐射计观测基本一致。与GFS背景场相比,LAPS风分析更接近风廓线雷达观测;与边界层风廓线雷达观测相比,LAPS分析的风垂直分布高度更接近对流层风廓线雷达观测。LAPS云体高度与云雷达观测相当,可降水量的水平分布及强度均接近GPS/MET反演的整层水汽;降水发展过程中强弱回波分布与SWAN实况分析一致,可刻画出与风云卫星红外云图接近的云区结构。与GFS背景场相比,暴雨中心单站地面各要素随时间分布形势和强度均接近实况观测,可作为地面分析的依据。暴雨区域三维高空形势场与常规探空实况相当,单站基本要素随高度分布较GFS背景场更接近GPS下投式探空观测。对此次鄂东南暴雨初步诊断表明,LAPS可分析暴雨系统的发展演变以及暴雨中心区域有利的中尺度动力配置结构和水汽条件,揭示降水云的发展过程;数值对比试验表明,融合雷达等观测资料后的LAPS系统可为模式提供更优初值,改进暴雨区域降水模拟。

     

微波辐射计在乌鲁木齐机场浓雾监测中的应用

选取2016—2017年乌鲁木齐机场冬季浓雾个例,根据浓雾出现时环流形势分为槽后—脊前和偏西气流弱短波两类,进一步分析微波辐射计监测气象要素变化,结果表明浓雾出现、持续、结束与气象要素变化紧密相关:90%浓雾个例出现在综合水汽含量持续下降阶段,浓雾出现前1 h综合水汽含量降幅0.1~1.5 kg/m2。浓雾出现前1 h近地面相对湿度增幅5%~15%,浓雾出现时近地面空气相对湿度出现90%以上的湿区,多数出现相对湿度为95%以上的湿区,并向垂直方向扩展、接地;近地面相对湿度为95%以上的湿区消失,主导能见度好转。浓雾出现前30~60 min近地面探空气温持续降温,同时出现贴地逆温层,500~1500 m高度探空气温增温出现更早;浓雾结束前形成脱地逆温层,近地面出现等温层或减温层;浓雾结束时近地面增温,或近地面等温层或减温层高度达到300 m以上。     

利用全极化微波辐射计资料反演台风境内海面风场

作为一种新兴的被动遥感技术,全极化微波辐射计不仅可以提供海面风速产品,还可以提供海面风向产品.以往利用全极化微波辐射计观测亮温进行海面风场反演仅在晴空条件下进行,本文通过对观测亮温结合台风区域海面风场的分布特征进行分析,验证了全极化微波辐射计具有在台风等恶劣天气条件下进行海面风场观测的能力.基于敏感性分析实验,确定使用6.8 GHz和10.7 GHz等低频通道组合可进行台风区域内海面风场反演.其中,海面风速反演使用基于统计的多元线性回归算法,同时对海面温度、大气水汽含量、云中液态水含量及降水强度等物理量进行反演计算,为海面风向反演做准备.海面风向反演使用物理统计法进行,借鉴散射计风向反演使用的最大似然估计法.通过在全极化辐射传输前向模型中加入降水对大气透过率的影响、设计第三和第四Stokes通道亮温环境影响修正函数,在实现台风区域内海面风向反演的同时减小了反演误差.通过对“云娜”台风境内海面风场进行数值计算,验证了本文反演算法的可行性,并对反演误差的空间分布特征进行了分析.将2004年各台风过程的海面风场反演结果与散射计风场产品进行对比,海面风速和海面风向反演的均方根误差分别为1.64 m·s-1和18.02°.