直接同化卫星辐射数据的黄海海雾数值试验研究

基于中尺度大气模式WRF及其3DVAR.模块,采用循环3DVAR数据同化方案,针对6次明显的黄海海雾过程,实施了一系列直接同化ATOVS卫星辐射数据数值试验.在试验中设计了不同化任何观测数据、仅同化GTS常规数据、仅直接同化辐射数据,同时同化二者,以及同化不同疏密程度辐射数据的对比研究方案.利用地面水平能见度与卫星云图对模拟的海雾雾区进行了评估,并比较了各种同化方案所形成初始场的差异.对试验结果的统计分析表明:同化试验较好地再现了影响海雾的天气系统,模拟雾区与实际观测较为吻合,并且初始温度场和湿度场对比不同化任何观测数据的试验有明显的改善;仅同化辐射数据的结果略优于仅同化常规数据的结果,疏化或者只同化海上辐射数据几乎不影响模拟的雾区,但却可以大幅节约计算资源;同时同化常规数据与辐射数据的结果为单独同化它们所得结果的综合体现,总体效果最好.     

卫星资料变分同化在一次中尺度强暴雨模拟中的应用

利用ATOVS资料和常规观测资料, 采用GRAPES 3D-Var同化系统和中尺度数值模式MM5设计了仅同化常规观测资料的NOATOVS试验和同化常规观测资料及ATOVS辐射率资料的ATOVS试验, 对2004年6月22—24日长江中下游和西南地区东部的特大暴雨进行了分析和模拟。结果表明:直接同化ATOVS辐射率资料获得的分析场可以有效改进对流层温、湿场分布, 对风场也有一定的影响。对比试验结果表明:ATOVS试验可以较好地模拟出暴雨天气形势、主要影响系统, 对降雨的落区、强度也有较好的反映, 模拟的局地暴雨强度与实际降雨量基本一致, 同化卫星资料的改善效果较为明显。即同化ATOVS资料对于改进中尺度局地暴雨过程模拟效果是可行的。     

智能高光谱遥感卫星前视相机性能设计

高光谱遥感可以得到地物连续光谱信息,实现地物精细分类、目标高精度探测以及地物生化参量的定量化应用。传统的高光谱遥感器由于固定辐射动态范围,存在大量无效且冗余数据,给卫星载荷造成了巨大的存储压力。智能高光谱卫星关键技术之一在于利用前视相机预判辐射动态变化范围的方式辅助主相机成像模式调整,本文在智能遥感卫星系统概念的基础上,重点开展前视相机倾斜角设计、波段设置和辐射动态范围预测研究。研究表明:前视相机倾斜角需要综合考虑星上响应时间、单次成像距离和空间分辨率;考虑到云检测、气溶胶光学厚度和水汽含量反演等指标的实现,前视相机需要设置0.49μm、0.66μm、0.87μm、0.94μm、2.1μm等5个波段;0.4—1.0μm波段范围最大最小值辐亮度可以由有限波段进行预测。基于ENVI光谱库76条光谱数据,通过MODTRAN辐射传输模型模拟各类地物(植被、矿物、人造地物、土壤)在不同观测条件下的表观辐亮度,建立了在0.4—1.0μm波段内各类地物辐射动态最大值和最小值模拟模型,利用光谱库中其他光谱数据验证了各类地物辐射动态最大值和最小值模拟模型,各类地物最大值和最小值预测模型验证的拟合优度(R2)分别大于98%和75%,模型验证相对误差分别小于5%和25%;同时利用Hyperion影像,验证了植被类预测模型,最大值模拟模型验证相对偏差在5%内,最小值模拟模型验证相对偏差在10%内。以上研究为智能高光谱卫星主相机的辐射动态范围调整提供了重要依据。     

三维辐射传输模式分析非均匀云对天空辐射场影响

为了解非均匀分立云体分布状况下的天空辐射场与无云晴空辐射场的差异, 本文借助一个三维辐射传输数值模式SHDOM模拟了离散云块分布条件下的天空辐射场分布, 重点分析不同云况分布情况下“非云”大气的辐射分布特征, 并将该区域与无云晴空大气辐射场的相同区域进行了比对。工作主要从辐亮度以及450 nm/650 nm的辐射比两参数入手进行讨论。研究发现, 相对无云晴空大气, 云的存在会对周围“非云”大气散射辐射产生影响, 影响程度与云量、云及气溶胶光学厚度等参数相关。数值模拟结果表明, 在云量不太大的条件下, 无云视场空间的大部分辐射值与无云晴空相比变化很小, 集中在±2％之间。这一结果表明, 已有的一维均匀大气辐射传输模式运算结果所得云与非云相元的判据基本适用于非均匀分布的有云大气。另一方面, 模拟结果表明我们也完全可以利用非均匀有云大气中的无云视场观测结果进行大气气溶胶等晴空大气光学特征的探测研究。     

华南气溶胶研究的回顾与展望

大气气溶胶的气候效应研究和环境效应研究都是当今国际科技界的热门研究话题,而研究大气气溶胶的气候效应和环境效应都必须充分细致地了解气溶胶的粒子谱分布、化学组成和辐射(光学)特性,其中大气气溶胶的辐射(光学)性质的直接观测研究是目前甚为紧迫的研究内容,其结果能直接为气溶胶强迫对气候变化的估计和预测的模式研究及其环境效应的研究提供必须的参数.     

Complex effusive events at Kīlauea as documented by the GOES satellite and remote video cameras

 GOES provides thermal data for all of the Hawaiian volcanoes once every 15 min. We show how volcanic radiance time series produced from this data stream can be used as a simple measure of effusive activity. Two types of radiance trends in these time series can be used to monitor effusive activity: (a) Gradual variations in radiance reveal steady flow-field extension and tube development. (b) Discrete spikes correlate with short bursts of activity, such as lava fountaining or lava-lake overflows. We are confident that any effusive event covering more than 10,000 m² of ground in less than 60 min will be unambiguously detectable using this approach. We demonstrate this capability using GOES, video camera and ground-based observational data for the current eruption of Kīlauea volcano (Hawai'i). A GOES radiance time series was constructed from 3987 images between 19 June and 12 August 1997. This time series displayed 24 radiance spikes elevated more than two standard deviations above the mean; 19 of these are correlated with video-recorded short-burst effusive events. Less ambiguous events are interpreted, assessed and related to specific volcanic events by simultaneous use of permanently recording video camera data and ground-observer reports. The GOES radiance time series are automatically processed on data reception and made available in near-real-time, so such time series can contribute to three main monitoring functions: (a) automatically alerting major effusive events; (b) event confirmation and assessment; and (c) establishing effusive event chronology. Received: 12 January 1999 / Accepted: 13 July 1999     

基于黑暗像元和大气透过率的遥感图像校正

介绍了黑暗像元法光学遥感图像大气校正的基本原理,并根据典型大气条件考虑了光谱的大气透过率分布,设计了一定大气条件下的自动光学遥感图像校正算法.通过对具体的图像模式进行的校正处理效果比较,在图像本身比较模糊的情况下,校正效果较好,而对于图像本身比较清晰的情况下,校正效果不明显,但色彩得到改进并更接近原始色彩,计算表明,在光学遥感图像校正要求不是特别高或者大气条件比较均匀的情况下,是一种仅靠图像信息本身即可进行大气校正的简单方便的方法,具有一定的实用价值.     

FY 2D静止气象卫星OLR反演模式

介绍FY2D卫星OLR反演模式的建立过程以及模式与NOAA卫星OLR反演模式的相互对比,包括：地球大气红外辐射传输方程,全球3812条大气廓线的大气顶射出辐射率、射出长波辐射通量密度的模拟计算,3812条廓线FY2D窗区通道1、2、水汽通道的通道辐射率模拟计算, 通道辐射率的临边变暗订正关系式的确立、3个通道波段的窄波段辐射通量密度的模拟计算。通过3812条廓线的窄波段辐射通量密度与OLR的XY坐标散点图,建立OLR回归关系式;并通过NOAA17 AVHRR通道5 OLR反演模式与FY2D窗     

Influences of Physical Processes and Parameters on Simulations of TOA Radiance at UV Wavelengths: Implications for Satellite UV Instrument Validation

Numerous factors can influence the radiative transfer simulation of hyper-spectral ultraviolet satellite observation,including the radiative transfer scheme, gaseous absorption coefficients, Rayleigh scattering scheme, surface reflectance, aerosol scattering, band center wavelength shifts of sensor, and accuracy of input profiles. In this study, a Unified Linearized Vector Radiative Transfer Model(UNL-VRTM) is used to understand the influences of various factors on the top of atmosphere(TOA) normalized radiance in the ultraviolet(UV) region. A benchmark test for Rayleigh scattering is first performed to verify the UNL-VRTM accuracy, showing that the model performances agree well with earlier peer-reviewed results. Sensitivity experiments show that a scalar radiative transfer approximation considering only ozone and a constant surface reflectance within the UV region may cause significant errors to the TOA normalized radiance. A comparison of the Ozone Mapping and Profiler Suite(OMPS) radiances between simulations and observations shows that the surface reflectance strongly influences the accuracy for the wavelengths larger than 340 nm. Thus, using the surface reflectivity at 331 nm as a proxy for simulating the whole OMPS hyperspectral ultraviolet radiances is problematic. The impact of rotational Raman scattering on TOA radiance can be simulated through using SCIATRAN, which can also reduce the difference between measurements and simulations to some extent. Overall, the differences between OMPS simulations and observations can be less than 3% for the entire wavelengths. The bias is nearly constant across the cross-track direction.     

临边遥感大气辐射传输的宽光谱快速计算模型

为解决目前临边遥感大气辐射传输模型存在计算光谱窄和计算速度慢等问题,基于HITRAN2008数据库、带模式算法和临边辐射传输方程建立了0.2—20μm波段大气临边辐射传输的宽光谱快速计算模型FALTRAN。建立了含有散射辐射和热辐射的临边辐射传输方程,并依据临边几何特征提出了一种基于有限差分的半球辐射累加HRA解算方法。利用FALTRAN计算分析了几个常用的遥感波段内典型大气条件和切向高度时大气的临边辐射特性,并定量分析了左、右半球辐射对总辐射的贡献情况。模型校验结果表明,FALTRAN与CDI模型的计算结果相对差异在2%以内,并与MIPAS的测量结果符合很好,验证了FALTRAN在临边遥感中大气传输计算的可靠性。