数值天气预报业务模式现状与展望

基于新疆区域同化预报系统（简称“DOGRAFS”）,选取新疆伊犁河谷地区2016年7月31日—8月1日的强降水过程,利用常规观测资料和卫星微波辐射资料进行同化敏感试验,其中控制试验仅同化常规地面和探空资料,敏感试验在常规观测基础上分别增加微波温度（AMSU-A）、湿度（MHS）和温、湿度（AMSU-A、MHS）资料,并对2016年7月进行连续试验,以初步探究卫星微波温、湿度资料同化对新疆降水预报的影响。从关键要素增量的垂直和水平分布来看,仅同化AMSU-A资料与同时同化AMSU-A和MHS资料对初始场温度、位势高度和湿度的调整均比较显著,其低层温度和位势高度为正增量,中、高层为负增量,湿度场增量中心集中在800—600 hPa。而仅同化MHS资料对温度和位势高度的影响较小,对湿度场有所“微调”,但可更好地修正补充降水过程中的水汽信息。从降水预报和客观检验结果来看,同化AMSU-A资料总体为负效果;而同化MHS资料对于整个降水落区和大阈值降水的预报均有明显优势。

     

新疆沙漠地区地表宽波段比辐射率遥感估算

地表比辐射率是估算地表温度以及地表长波辐射的一个重要参数,为了解决遥感影像反演地表比辐射率在裸地的精度不足问题,本文在新疆沙漠地区利用2类数据：① 傅里叶变换热红外光谱仪（FTIR）数据,在2013年、2014年秋天沿2条穿越塔克拉玛干沙漠的沙漠公路测量得到25个点的地表比辐射率数据;② 与FTIR数据同时期的MODIS温度/比辐射率数据MOD11A1、MOD11B1和反射率数据MOD09GA以及反照率数据MCD3A3,利用这2类数据为数据源,估算新疆沙漠地表比辐射率。首先,重新估算了基于MODIS宽波段比辐射率（BroadBand Emissivity, BBE）方程的系数和基于GLASS（Global L And Surface Satellite）BBE方程的系数,由此获得了GLASS BBE和MODIS BBE的修正方程。其次,将修正前后的GLASS BBE与FTIR和MODIS BBE作对比,发现其精度显著提高：① 与FTIR数据对比,修正前后的GLASS BBE方程的决定系数R²值从0.42增加到0.95,均方根误差（RMSE）和偏差（Bias）分别减少了1和3个数量级;② 与MODIS BBE方程数据对比,修正前后的GLASS BBE的R²值从0.69增加到0.91,RMSE和Bias分别减少了1和2个数量级。因此,修正后的基于GLASS和MODIS的BBE方程,极大地提高了遥感影像对裸地尤其是沙漠地区地表比辐射率的反演精度。使用修正后的GLASS BBE方程反演出新疆3个沙漠地区的BBE分布特征。结果表明,塔克拉玛干沙漠由于土地类型较为单一,其BBE值主要为0.88~0.92,而古尔班通古特沙漠以及库姆塔格沙漠受到地形、植被等的影响,BBE值稍微偏高,分别为0.89~0.95和0.89~0.94,沙漠周边稀疏植被区及其边缘地区的值范围为0.95~1.00。本文基于GLASS和MODIS的适用于新疆沙漠的BBE方程,为陆面过程的研究与模拟提供了支持。     

两种高光谱热红外数据大气校正方法的分析与比较

利用模拟数据对Autonomous Atmospheric Compensation(AAC)和In-scene Atmospheric Compensation(ISAC)这两种高光谱热红外数据大气校正方法进行了对比和分析。结果显示,在满足方法适用条件情况下,AAC方法大气校正精度较高,除湿热的热带大气外,大气透过率的反演误差小于0.02,大气上行辐射的误差小于0.004W.m-2.sr-1.cm;而ISAC方法精度较低,透过率误差在0.05至0.3之间,上行辐射误差在0.003W.m-2.sr-1.cm至0.035W.m-2.sr-1.cm之间变化,误差随大气水汽含量增加而增加。大气非均一性对大气校正精度影响分析表明,AAC方法大气校正精度受大气非均一性影响显著。因此,需从高光谱数据光谱信息出发,发展针对低空间分辨率高光谱热红外数据的大气校正方法,以克服现有方法大气水平均一假设的不足。     

陆面微波比辐射率的卫星观测研究进展

复杂多变的陆地表微波比辐射率,造成陆面上星载微波观测反演大气参数较为困难,也使得许多卫星微波资料不易同化应用到数值模式,因此迫切需要提供准确可靠的陆面微波地表比辐射率信息.随着卫星观测技术的迅速发展,利用丰富的星载被动微波观测直接反演陆面微波比辐射率成为一种主要手段.国外针对星载微波成像仪和微波垂直探测器开展较为系统的陆面微波比辐射率研究,建立不同类型的地表比辐射率反演方法,开发地表比辐射率参数化方法并应用于辐射资料同化.对于卫星观测反演陆面微波比辐射率存在的问题,开展了评估分析和方法订正.国内利用卫星观测也开展了一些陆面微波比辐射率研究工作,尚需要系统、综合的提炼.对于地表特征复杂的中国地区,还需要评估认识不同陆面微波比辐射率反演方法在我国适用情况,需要增强陆面微波比辐射率数据质量的认识以及业务应用.     

Ocean color products retrieval and validation around China coast with MODIS

Waters along China coast are very turbid with high concentrations of suspended sediment nearly all the time,especially at the Hangzhou Bay,the Changjiang (Yangtze) River Estuary and the shoal along Jiangsu Province.In these turbid and optically complex waters,the standard MODIS ocean color products tend to have invalid values.Because the water-leaving radiances in the near-infrared (NIR) are significant resulting from the strong scattering of suspended particles,the standard MODIS atmospheric correction algorithm often gets no results or produces significant errors.And because of the complex water optical properties,the OC3 model used in the standard MODIS data processing tends to get extremely high chlorophyll-a (Chl-a) concentrations.In this paper,we present an atmospheric correction approach using MODIS short wave infrared (SWIR) bands based on the fact that water-leaving radiances are negligible in the SWIR region because of the extreme strong absorption of water even in turbid waters.A regional Chl-a concentration estimation model is also constructed for MODIS from in situ data.These algorithms are applied to MODIS Aqua data processing in the China coastal regions.In situ data collected in the Yellow Sea and the East China Sea in spring and autumn,2003 are used to validate the performance.Reasonably good results have been obtained.It is noted that water-leaving reflectance in the NIR bands are significant in waters along the China coast with high sediment loadings.The satellite derived and in-situ reflectance spectra can match in the turbid waters along China coast,and there is relatively good linear relationship between satellite derived and in-situ reflectance.The RMSE value of Rrs(λ) is 0.0031 sr ?1 for all the nine ocean color bands (412 to 869 nm).The satellite-derived Chl-a value is in the reasonable range and the root mean square percentage difference is 46.1%.     

东海试验区水体光谱特性现场测量与数据分析

星载水色遥感器 Ｓｅａ Ｗｉ Ｆ Ｓ 已业务化地为海洋学家提供高质量的海洋水色遥感数据。要有效地利用水色遥感数据,需要经常地对遥感器进行定标,并对测得的离水辐射率以及导出的生物—光学特性进行真实性检验。１９９８ 年５ 月, 我们在东海试验区,应用多光谱剖面／ 表面辐射仪（ Ｓ Ｐ Ｍ Ｒ／ Ｓ Ｍ Ｓ Ｒ） ,进行了光谱测量。本文介绍了现场测量的方法,以及根据我国海区的特点对实测数据的处理结果     

陆面温度反演算法——劈窗算法的敏感度分析

劈窗算法是目前由热红外遥感图像数据获取陆面温度最主要的方法。由于进行地面像元尺度实时陆面温度同步测量的困难,尚无法直接对现有各劈窗算法进行评判。该文借助于辐射传输模型ＬＯＷＴＲＡＮ－７及其提供的６种标准大气模式,进行模拟计算,分析了６种主要劈窗算法对大气廓线误差和比辐射率的敏感度,作为劈窗算法适用性的一间接判据。     

比辐射率封闭法测定技术及误差分析

劈窗算法是目前由热红外遥感图像数据获取陆面温度最主要的方法。由于进行地面像元尺度实时陆面温度同步测量的困难,尚无法直接对现有各劈窗算法进行评判。该文借助于辐射传输模型ＬＯＷＴＲＡＮ７及其提供的６ 种标准大气模式,进行模拟计算,分析了６ 种主要劈窗算法对大气廓线误差和比辐射率的敏感度,作为对劈窗算法适用性的一间接判据。     

剖面仪/表面仪绝对辐射定标

保证现场测量离水辐射率精度的关键工作之一是现场测量设备进行严格的实验室定标,本文就１９９９年９月进行的一次实验室绝对辐射定标试验,简述辐照度,辐亮度定标的主要方法及数据处理方法。     

卫星探测辐射率在数值天气预报中的直接应用

该文叙述在数值天气预报中直接应用辐射率而不经过反演的原因,变分法在辐射率直接应用中的作用,以及介绍变分问题计算中的伴随方法。还指出ATOVS辐射率同样可以在NWP中直接应用。最后,介绍业务NWP直接应用辐射率的情况。