35GHz云雷达反射率因子数据的质量控制

大气非云粒子(气溶胶、昆虫、悬浮物)以及雷达元器件固有噪声,是影响云雷达定量探测大气云层宏观以及微观产品的重要因素。为了剔除云雷达基数据中的散点噪声对数据质量的影响,本文利用新一代多普勒偏振8.6 mm云雷达资料,基于模糊逻辑识别地物的方法分析雷达散点噪声、气溶胶以及大气云粒子的反射率因子回波的统计特征,通过统计的特征值对反射率因子进行分类,保留正常回波数据。结果表明:该方法能较好区分云粒子回波和非云粒子回波,提高云雷达反射率因子的数据质量。     

北京地区闪电活动及其与强对流天气的关系

利用单站闪电定位系统Ｍ－ＬＤＡＲＳ监测１９９５～１９９７年夏季北京地区的闪电话动,分析结果表明,闪电频数的日变化与强对流天气发生有一定对应关系,不同类型的天气过程,如冰雹,暴雨发生时,闪电中地闪和云闪的比例有明显的差异,其中地闪中正,负闪和云闪中正,负闪的比例呈现一定的规律性。     

一次冰雹天气强对流(雹)云演变及超级单体结构的个例模拟研究

利用WRF中尺度数值模式,模拟了2005年5月31日发生在北京的冰雹强对流过程,成功地再现了冰雹天气发展过程中起重要作用的冷涡底部的小槽、低层暖湿舌、地形辐合线等中尺度系统;模拟的地面降水、强对流(雹)云移动路径与实况基本符合;模拟的一个长生命史强对流(雹)云的演变及单体结构与北京多普勒雷达观测的沿城市中轴线的雹云相似,具有超级单体概念模型给出回波墙-有界弱同波区(穹窿)-悬挂回波结构、对峙的倾斜上升下沉气流、分裂右移发展等特征.基于数值模拟结果,结合雷达观测,重点分析了这块雹云的演变过程,解剖了超级单体三维动力、热力及回波结构.     

东亚地区云垂直结构的CloudSat卫星观测研究

本文利用卫星CloudSat同时结合了与其同轨道的卫星CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)2007至2009年3年的观测资料,将东亚地区划分为六个研究区域,着重研究了东亚地区云垂直分布的统计特征.结果表明:东亚地区不同高度的云量之和具有明显的季节变化趋势,夏季最大,春秋次之,冬季最小.海洋上空的单层云量最大值出现在冬季,而在陆地上空则出现在夏季.从云出现概率来看,东亚地区单层云出现的概率在春、夏、秋、冬季节依次为52.2%,48.1%,49.2%和51.9%,而多层(2层和2层以上)云出现的概率在春、夏、秋、冬季节分别为24.2%,31.0%,19.7%,15.8%.云出现的总概率和多层云出现的概率,在六个区域都呈现出夏季最大,冬季最小;对4个季节都呈现出东亚南部比东亚北部大,海洋上空比陆地上空大的特点,表明云出现的总概率的季节变化主要由多层云出现的概率的变化决定.东亚地区云系统中最高层云云顶的高度,在夏季最高,为15.9 km,在冬季最低,为8.2 km;在东亚南部和海洋上空较高,平均为15.1 km;在东亚北部较低,平均为12.1 km,且呈现东亚南北部之间差异较大的特点.东亚地区云系统的云层厚度基本位于1 km到3 km之间,且夏季大,冬季小;对同一季节,不同区域的云层厚度差别较小;当多层云系统中的云层数目增加时,云层的平均厚度减少,且较高层的云层平均厚度大于较低层的.云层间距的概率分布基本呈单峰分布,出现峰值范围的云层间距在1到3 km之间,各区域之间没有明显差别,季节变化也不大.本文的研究为在气候模式中精确描述云的垂直结构提供了有用的参数化依据.     

一次冰雹云演变过程的卫星遥感监测与分析

针对2003年9月21日的一次区域性冰雹云强对流天气过程,结合天气实况、环流场特征和雷达资料,利用NOAA卫星数据,从天气分析、能量转换以及云在可见光、中红外波段的反射特性,分析了冰雹云的演变及特征。结果表明,伴随着大气能量的转换,当日青海湖以北的对流冷云单体在东移过程中,结合了西南部暖舌带来的暖湿气流,午后受地面增温出现了爆发性发展。(1)17：00云团发展最旺盛,云顶温度最低值达到-44℃,并确定冰雹发生的云顶温度临界值为-39．2℃,云顶亮温为221K;(2)冰雹云温度水平梯度介于20～35℃／50km之间,表现为有雹无灾的冰雹强度特征;(3)卫星数据表明,此时雹云与其它云团不同,具有粒子有效半径较大,气溶胶光学厚度也大的特点。     

An airborne two-stage impactor for chemical analysis of size-segregated cloud drops

Aqueous concentrations of ionic species observed in cloud water studies often have been in conflict with expectations from model predictions. These inconsistencies result from the size-dependent chemical composition of cloud drops during different stages in the lifetime of a cloud. To study this phenomenon, droplets of clouds need to be collected in different size ranges with high resolution in space and time. The only possibility for this kind of study is the use of an aircraft. Therefore, during the last several years, an attempt was made to develop a mobile cascade impactor, which can be installed outside an aircraft. The cloud water sampled in different size fractions can be transferred into the interior of the aircraft during the measuring flight. The collector is able to sample two size fractions. For continental clouds, the cutoffs are chosen to be >5 and >13.5 μm in diameter. For maritime clouds, the cutoff for the first stage could be shifted to 18.6 μm by lowering the nozzle speed. Prior to field application, the collector was characterized with the aid of “calibration fogs” produced in the laboratory with different drop sizes and different chemical compositions. The characterization included the examination of the cutoffs and the reliability of the sampling procedure with regard to the subsequent chemical analysis. With a collection period of 2 min, collection rates in the order of 0.1–1 cm³ min⁻¹ can be obtained. The collector characterized in this manner was successfully used during measuring flights in clouds over northern Germany. Preliminary concentrations of NH₄⁺, SO₄²⁻ and Cl⁻ found in the two size fractions of the cloud drops are presented.     

Contribution of the MODIS instrument to observations of deep convective storms and stratospheric moisture detection in GOES and MSG imagery

Past studies based on the NOAA/AVHRR and GOES I-M imager instruments have documented the link between certain storm top features referred to as the “cold-U/V” shape in the 10–12 μm IR band imagery and plumes of increased 3.7/3.9 μm band reflectivity. Later, similar features in the 3.7/3.9 μm band have been documented in the AVHRR/3 1.6 μm band imagery.The present work focuses on storm top observations utilizing the MODIS data. The MODIS instrument (available onboard NASA's EOS Terra and Aqua satellites) provides image data with significantly better geometrical resolution (in some of its bands) and broader range of spectral bands as compared to that from AVHRR/3 observations. One of the goals of this study is to evaluate the contribution of this new instrument to observations of convective storm tops. Besides the cloud top features linked to storm top microphysics and morphology, the paper also addresses the possibility of detection of lower stratospheric water vapor above cold convective storm tops. This issue is explored utilizing MODIS as well as GOES and MSG imagery.In addition, the paper discusses an alternative interpretation of the “cold-U/V” patterns at the top of intense storms by a mechanism of “plume masking” as suggested by some of the observations.     

利用探空资料计算云层对辐射的影响

本文对两次江淮流域的梅雨天气过程作了辐射特征分析。着重考虑了云层对太阳辐射和大气长波辐射的影响。计算时假设云层随高度的分布由大气的湿度决定,方案考虑了大气中云层随高度的分布,所得结果能反映实际大气中各种云的辐射特征。     

基于卫星辐射率资料的两种三维云反演方法对比研究

基于格点统计插值分析系统（Gridpoint Statistical Interpolation analysis system,简称GSI）,利用粒子滤波（Particle Filter,简称PF）方法对卫星红外辐射率资料进行了云覆盖、云高等三维云图产品的反演研究。选取了具有高时空分辨率的静止卫星GOES（Geostationary Operational Environmental Satellites）-Imager辐射率资料进行了云反演试验,初步评估了PF云反演方法的可行性及其与多元极小残差（Multivariate and Minimum Residual,简称MMR）云反演方法的异同。结果表明:两种方法反演得到的云覆盖和云顶气压与NASA基于CO₂切片法反演得到的GOES云产品一致性较高。PF和MMR方法反演产品的优点是云图信息是三维分布的,相对于NASA提供的GOES云产品能提供更全方位立体的云信息。MMR方法需要利用一维变分逐步拟合观测来反演三维云图产品;PF方法采用不同模式垂直层的云覆盖比例作为不同粒子来近似后验概率分布,计算效率大大提高。进一步提出了一种新的基于“扰动粒子”的粒子滤波云反演方法,结果表明:在滤波过程中采用足够多的粒子样本（样本数量约为250）可以改进后验概率密度函数的估计,有效地避免了粒子发散问题,改善了云反演的结果。     

RTTOV和CRTM对“罗莎”台风卫星微波观测的模拟研究与比较

快速辐射传输模式中水成物辐射效应的考虑对卫星观测模拟具有重要的影响。利用区域中尺度数值模式WRF预报输出水成物含量和温湿廓线等参数,使用欧洲中期数值天气预报中心和美国卫星资料同化联合中心发展建立的快速辐射传输模式RTTOV和CRTM,结合雅可比模式计算得到的响应函数,分析了各种水成物辐射效应对AMSUA/B卫星微波观测各通道亮温模拟的影响,并比较了RTTOV和CRTM结果间的异同。结果表明,RTTOV和CRTM两个快速辐射传输模式计算得到的水成物响应函数和水成物辐射效应对模拟亮温影响特征基本一致,但量级上存在差异。雅可比表征的水成物响应函数和水成物本身的分布层次对应关系良好,云水和雨水的响应函数主要分布在中下层,冰水和雪则分布在中上层。相对于RTTOV,CRTM计算得到的水成物响应函数要大一些。对AMSUA,云水和雨水的辐射效应对通道模拟亮温主要以增温为主,尤其是在低频的窗区通道,冰晶和雪则体现散射效应为主的降温作用。对AMSUB,水成物辐射效应的考虑使得模拟亮温降低,尤其是通道2降温幅度最大。CRTM计算出的水成物辐射效应带来的模拟亮温变化幅度大于RTTOV。目前,CRTM除了考虑云、雨、冰和雪4种水成物外,还考虑霰和雹的辐射效应,对水成物辐射效应的考虑比RTTOV更完善一些。