黑体辐射定律遥感教学改革设计与实践

普朗克黑体辐射定律是遥感类课程教学的重点和难点,本文以定律分析为核心,从数值模拟大气层顶太阳光谱辐照度曲线、卫星传感器光谱响应函数卷积计算、地物行星反射率计算及地表温度反演4个方面入手,对黑体辐射定律理论教学和实践教学内容进行优化设计和教学实现。实践证明,该教学改革不仅可以使学生更容易理解和掌握黑体辐射定律揭示的基本规律,而且以此为基础,能够使学生通过实践加深对地物两大特性(反射特性和热辐射特性)的理解,提高学生对遥感类课程的兴趣。     

基于WebGIS的雷电信息分析系统设计与实现

对雷电信息分析系统的软件环境、体系结构、基本技术和功能模块进行了分析,实现了基于WebGIS的多种地图操作功能和雷电数据的查询、统计、叠加于一体的可视化显示,可得出东莞乃至广东省雷电特征,为防御雷电灾害提供基础支撑。     

一次局地暴雨过程的多普勒雷达特征分析

利用库尔勒多普勒天气雷达资料,对2008年5月发生在新疆巴州焉耆盆地的一次局地暴雨过程的回波特征进行分析。降水过程中,在库尔勒到焉耆盆地一带先后有两次飑线发展东移,是造成局地暴雨的中小尺度系统。径向速度所反映的在库尔勒到焉耆盆地一带低空存在明显的垂直风切变,雷达西南方向长时间维持西南气流,为暴雨提供了水汽辐合及垂直向上输送的动力条件。     

福建一次强冰雹天气的物理量及雷达回波特征分析

采用气象常规探空资料和天气雷达资料并结合天气学和诊断方法对福建省长乐市的一次降雹过程进行分析。结果表明:大气层结的不稳定以及冷平流入侵是主要影响因素,冰雹出现在中低层对流不稳定和低层暖平流、高层冷平流以及低层辐合、高层辐散的上升运动区。假相当位温、散度、比湿、雷达反射率对强对流天气有较好的指示作用。     

华北回流天气多普勒雷达径向速度分布特征

使用多普勒雷达资料对四次华北回流天气过程进行了分析,结果表明:(1)回波具有较大水平范围的、连绵成片的均匀幕状特征.回波顶较平整,回流降雨过程中还存在零度层亮带.属层状云降水回波.(2)速度图上,在零速度线两侧常分布范围较大数值不等的正负径向速度中心,低空零速度线呈"S"型,风随高度顺时针旋转,有暖平流存在.在强降水时段出现前常伴有区域性的冷平流层.(3)风廓线图上,从低层到高层由东北风转为西南风,风向发生了近180度的顺时针旋转,存在强垂直切变.降水开始与结束时分别表现为低层偏东风与中高层西南气流叠加、低层偏东风与中高层西南气流任何一者消失.边界层顶部出现浅薄的冷平流层是降水强度加强的信号.     

多普勒雷达资料在中尺度模式短时预报中的应用

将国内新一代多普勒雷达基数据Lev-Ⅱ的9个仰角的原始反射率和径向风资料应用于中尺度模式ARPS(the Advanced Regional Prediction System),通过对2007年7月18日济南短时特大暴雨过程的个例研究,分析了雷达资料对初始场的改进效果及其对模拟结果的影响。结果表明,同时利用雷达反射率和径向风资料改进过的初始场能明显改善中尺度数值模式短时定量降水预报。对比风场发现,雷达径向风调整后在初始场中出现明显的中小尺度特征,能减少模式的spin-up时间。随着积分的进行,对水汽场的调节也有一定作用,但相对于风场调节不够显著。雷达反射率主要是改进初始场中的湿度参数,增加初始场中云水等含量。积分开始后,对风场调整也很显著。此次模拟,控制试验较好地预报出雷达回波的分布和水汽中心,对应的降水落区与实况也较为接近,但对雷达回波中心强度的预报略大,相应地降水量的预报也偏大。     

A Study on Parameterization of Surface Albedo over Grassland Surface in the Northern Tibetan Plateau

The relationship of surface albedo with the solar altitude angle and soil moisture is analyzed based on two-year (January 2002 to December 2003) observational data from the AWS (Automatic Weather Station) at MS3478 in the northern Tibetan Plateau during the experimental period of CEOP/CAMP-Tibet (Coordinated Enhanced Observing Period Asia-Australia Monsoon Project on the Tibetan Plateau). As a double-variable (solar altitude angle and soil moisture) function, surface albedo varies inconspicuously with any single factor. By using the method of approximately separating the double-variable function into two, one-factor functions (product and addition), the relationship of albedo with these two factors presents much better. The product and additional empirical formulae of albedo are then preliminarily fitted based on long-term experimental data. By comparison with observed values, it is found that the parameterization formulae fitted by using observational data are mostly reliable and their correlation coefficients are both over 0.6. The empirical formulae of albedo though, for the northern Tibetan Plateau, need to be tested by much more representative observational data with the help of numerical models and the retrieval of remote sensing data. It is practical until it is changed into effective parameterization formulae representing a grid scale in models.     

基于MODIS近红外数据的贵州高原大气水汽反演研究

根据MODIS卫星第18和19波段的波段特征,首先从理论上证明从这两个波段表观反射率的比值反演大气可降水量的可行性,其次利用MODTRAN模型按照中纬度冬季和夏季两种大气模式对该比值与大气水汽的关系进行模拟,并建立了反演大气水汽的公式.利用贵州地区高空探测数据对反演公式进行验证,并与EOS发布的MODIS近红外水汽反演结果进行比较,发现该公式的反演结果更接近实际探测的结果.由于在反演过程中不必考虑地表覆盖和反射率的差异,摆脱了传统的根据查找表反演水汽的方式,并且直接由18、19波段表观反射率的比值计算大气可降水量,相对于传统算法更易于业务化运行.     

风暴生命史雷达特征量反演

从风暴演变各阶段物理特征出发, 基于多普勒雷达观测的三维反射率因子, 定义物理量———单体重力势能。结果表明:单体重力势能是一个能够简洁、客观描述风暴单体整体强度的物理量; 利用该物理量可描述单体生命史为发展和减弱两个基本过程; 单体重力势能大小有助于辨别风暴类型和强度。同时, 生成和分析了风暴单体演变各阶段的反射率因子垂直廓线, 分析表明:在30~150 km的雷达观测范围内, 风暴单体的反射率因子垂直廓线 (降水廓线) 及其随时间的变化能较好地揭示风暴的垂直结构和生命史演变特征, 但没有用重力势能那样简洁。     

三维城市地表反射率计算模式

地表反射率是控制地表能量平衡的一个重要参数。城市建筑物的分布具有较大的不均一性,这不仅给地基观测城市地表反射率带来了很大困难,数值模拟城市地表反射率也是非常困难的。作者开发了一个三维城市地表反射率模式city_photo,该方法结合了蒙特卡洛方法和几何光学方法的优点,具有较高的精度和较快的计算速度。通过引入城市地图的概念,该模式能够计算具有不同结构的城市的地表反射率。2002至2004年晴空MODIS（MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer,中分辨率成像光谱辐射计）1~7通道可见光和近红外通道地表反射率资料被用来检验模式的有效性,位于北京朝阳区的中国科学院大气物理研究所的AERONET站点观测得到气溶胶光学特性和水汽资料,6S（Second Simulation of Satellite Signal in the Solar Spectrum）大气辐射传输模式被用来对其进行大气订正。模式计算的北京城市地表反射率个例与MODIS 7个通道地表反射率观测结果具有很高的相关性,相关系数在0.80~0.93之间,说明模式能够较好地模拟城市地表反射率随太阳和观测角度的变化情况。最后讨论了城市结构对城市地表反射率的影响。