红外高光谱资料模拟大气廓线反演对云的敏感性

用不同云顶高度和不同有效云量时的星载红外高光谱观测值,模拟大气温湿垂直廓线反演对云参数的敏感性。用特征向量统计反演法按照云顶高度和有效云量分类反演了大气温湿廓线,统计了不同云高（200,300,500,700和850hPa）及云高有50hPa误差时温度、水汽混合比反演的均方根误差随有效云量的变化。结果表明,随着有效云量的增大,云顶以下各高度层上的温度、水汽混合比反演误差都明显增大。云高有50hPa误差较准确已知而言,温度和水汽混合比的反演误差增大,但温度反演对云高误差的敏感性比水汽反演要高。     

基于A-Train综合资料的云顶高度反演研究

提出一种适用性较强的云顶高度反演方法。利用2007年低纬地区(15°S~15°N)的A-Train综合资料反演云顶高度。首先以M0DIS通道31和通道32的亮温值为特征参数,基于SVM分类法,将云分为不透明云、半透明云和透明云三类,分类准确率达到90.6%。然后对三类云分别用核回归法反演云顶高度,将其与CloudSat的2B-GEOPROF-LIDAR产品对比,均方根误差分别为0.95、1.17和1.27 km。与未分类的核回归法结果相比,分类后三种云的反演误差都有所减小。最后分析了三个典型个例。该方法可推广至其他含有红外分裂窗通道的卫星上,发挥更多卫星资源的效用。     

云对中国区域卫星观测臭氧总量精度影响的检验分析

根据卫星和地基观测, 比较了我国香河、 昆明、 瓦里关和龙凤山四个站点臭氧总量自1979年以来的变化。卫星与地基观测的臭氧总量长期趋势比较一致, 表明臭氧总量均有下降趋势, 但是卫星与地基各自观测的结果仍存在着显著的差别。为研究卫星与地基臭氧总量的差别, 以地基观测臭氧总量为参考, 检验云对历史TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) 和GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) 臭氧总量精度的影响。结果显示: 云 (云量或云顶高度) 增加了卫星臭氧总量误差, 降低数据精度。随着地面云量的增加, TOMS、 GOME臭氧总量相对误差在上述四个地点呈现明显的上升趋势 (瓦里关最为明显), 但最大变化幅度没有超过2.0%。TOMS臭氧总量相对误差随地面云量变化呈现区域性特点, 香河与龙凤山 (代表着中纬度高臭氧总量区域)、 昆明与瓦里关 (代表中、 低纬度高原低臭氧总量区域) 分别为两个变化特点接近的区域。GOME臭氧总量相对误差与云之间关系的区域特征不明显。利用卫星遥测FRESCO (Fast Retrieval Scheme for Clouds from the Oxygen A\|band) 云信息检验GOME卫星臭氧总量精度的表明, 只有当云量大于5成后GOME臭氧总量才显示出相对误差增加的现象, 但无明显趋势; 随着FRESCO云顶高度的增加, GOME臭氧相对误差在香河、 瓦里关均呈现明显的上升趋势并有3%左右幅度的变化。TOMS臭氧总量相对误差随着地面有效反射率的增加而增大, 且误差幅度超过2%; TOMS\|N7臭氧总量比TOMS\|EP约高2.0%~3.0%。分析还表明, 云内和云以下臭氧柱浓度在反演的卫星臭氧总量中的贡献很可能被高估了。     

利用FY-2C卫星数据反演云辐射特性

本文利用FY-2C静止卫星提供的可见光、中红外和热红外观测数据, 开展了水云光学厚度、粒子有效半径和云顶温度的云参数遥感探测理论和反演方法研究。基于FY-2C可见光、中红外(3.75 μm)与热红外(11 μm)通道辐射率对云光学厚度、 云滴有效半径、云顶温度辐射参数的敏感性分析, 提出三通道同时反演云的光学厚度、云滴有效半径及云顶温度的迭代方案; 通过个例分析进行了云参数反演试验, 并将结果与MODIS的云反演产品进行了对比, 最后对反演误差进行了分析。主要结论如下:(1) 个例反演得到的云参数与各通道探测数据有着较好的对应关系, 迭代计算标准偏差在允许的计算精度范围内(<0.89%), 反演结果具有合理性; (2) 通过与MODIS云反演产品的对比可以看到, 两者云光学厚度、云滴有效半径的均值和直方图分布都非常一致, 而MODIS的云顶温度比FY-2C反演值要高, 考虑到FY-2C的 11 μm通道测量的辐射值与MODIS相比偏小, 因此认为我们的反演方法与MODIS方法的精度是相当的。     

AREM模拟云参数与卫星观测的比较研究

数值模式模拟计算云量与卫星观测云量的定义不同, 难以进行定量比较, 从而限制了对云模拟误差的检验和修正.作者介绍了可把数值模式输出云参数转换成ISCCP卫星反演云参数的云模拟器, 并将其试用于AREM区域模式中, 定量分析了模拟云参数和ISCCP反演云参数的差异.结果表明, AREM模式可以再现中国东部冬季云的基本分布特征, 但与观测相比, 四川地区云量模拟偏大20%, 华东地区则偏小20%左右, 云量中心的云顶高度比ISCCP反演值偏低一个高度段, 云光学厚度偏大一个厚度段.模拟与观测云参数的定量比较, 为评估和改进模式性能提供了依据.     

红外高光谱观测值反演云参数

最小局部比辐射率变化MLEV算法根据在红外长波10～15 μm 区, 云的吸收、发射和散射具有相对有限的局部谱变化的特征, 利用对云敏感的长波红外辐射观测值来同时反演单层云的云顶高度和有效云比辐射率谱。先给定一些假想的云高初始猜测, 最佳的云高和比辐射率谱解使得用这些不同云高计算得到的比辐射率谱的局部变化最小, 该算法适用于高光谱(光谱分辨率从0.25～1 cm-1) 的大气红外探测器。通过用两种不同方案的内部比较及与激光雷达观测和MODIS业务云高产品的对比验证, 说明对卫星红外高光谱观测资料采用MLEV算法同时反演单层云的云顶高度和云有效比辐射率谱是非常有效的, 尤其是对中高云。     

南极春季臭氧的TOVS反演及其与BREWER观测的比较

通过改进臭氧的统计反演算法，从NOAA卫星的TOVS资料中提取了1993年南极臭氧洞期间中山站上空大气臭氧含量的资料。本文的结果与NOAA的TOVS臭氧产品以及中山站的Brewer观测进行了比较。尽管3种资料对在臭氧洞期间臭氧含量的显著减少这一特征上相当一致，但此项结果相对于Brewer观测，其均方根误差29 DU，优于NOAA的业务反演产品。此外，还初步讨论了这两种反演的误差特征。     

基于加密探空资料的上海不同云天下AIRS/Aqua相对湿度廓线反演精度研究

目前云对卫星相对湿度廓线反演精度的影响研究大多是针对云量,对其他云属性的影响研究尚少,云高也是影响卫星相对湿度廓线反演精度的重要因素。利用上海宝山站L波段(1型)加密探空资料,分析了上海地区7—9月不同质量控制标识、云量和云顶高度条件下大气红外探测器AIRS/Aqua (Atmospheric Infrared Sounder) 相对湿度廓线的反演精度,以期为今后开展AIRS等卫星资料的同化研究提供科学依据。结果表明:(1)AIRS相对湿度廓线反演误差随着云量的增加而逐渐增大,并且随着气压值的升高,少云与多云时的均方根误差(Root Mean Squared Error, RMSE)之差有逐渐增大的趋势;(2)云顶高度越高,AIRS相对湿度廓线反演精度越差,云顶以上湿度廓线反演精度更高,而云顶以下高度的反演误差较大;(3)高云且多云时,AIRS相对湿度廓线的反演精度最差,850 hPa处,AIRS相对湿度反演数据与探空资料绝对误差的下限达到了[-63.51%];(4)虽然质量控制标识为0时,AIRS湿度廓线在对流层范围内的反演精度仍达不到无线电探空的水平,但是相对于质量控制标识1时,反演精度明显提高。      

利用美国NOAA卫星遥测云顶高度的数值试验

无论从气象角度还是气候角度讲,对卫星云辐射测值进行反演判释研究,从而提取诸如云顶高度、云顶温度、云的放射率、云厚以及云的含水量等参数都十分必要。本文主要介绍用NOAA卫星红外和微波通道测值,按其辐射率差比方法,定量判释两层云高的初步数值试验结果。经与地面实况对照分析表明:适当选择两组探测通道组合可以遥感两层云高,但还不能判释出中云和低云并存时各自的高度。     

FY-3D MERSI-II云顶产品算法及精度检验

云顶温度和云顶高度作为基本的云参数,在云的热辐射强迫估计,航空气象保障,数值天气预报,天气气候研究等方面具有十分重要的意义。FY-3D/MERSI-II云顶温度产品基于云在红外波段的发射率假设,利用两个红外分裂窗通道(11.0 μm、12.0 μm)结合一维变分方法寻找最优云顶温度层,再利用数值天气预报廓线产品插值反演对应的云顶高度和压强。利用AQUA/MODIS所提供的云产品数据对FY-3D/MERSI-II云顶温度、云顶高度、云顶压强产品进行精度检验,结果表明:FY-3D/MERSI-II水云云顶温度精度为-1.2±4.6 K,云顶高度精度为1.4±1.8 km,云顶压强精度为-140.9±114.5 hPa;厚冰云云顶温度精度为7.0±6.0 K,云顶高度精度为-1.0±0.9 km,云顶压强精度为37.1±36.0 hPa;混合云云顶温度精度为1.5±8.5 K,云顶高度精度为0.8±2.2 km,云顶压强精度为-87.4±157.8 hPa,单层卷云和多层云的反演偏差较大。辐射传输模式在云顶性质反演中有十分关键的作用,但目前对冰云特别是卷云的性质认识不足,因此如何精确描述冰晶辐射特性,提高冰云特别是卷云辐射传输的模拟精度将是下一步的工作重点。      

强对流天气发生前期地面风场特征

根据对华东地区9次强对流天气的地面风场分析发现,强对流的发生发展与锋前暖区的中尺度辐合线有密切关系,与地面中尺度辐合线相伴的扰动辐合值为-0.8×10~(-4)·s~(-1)左右.当有移动的天气系统与其相遇时,交点附近扰动辐合值迅速增大,促使对流迅猛发展且移速加快.辐合线的形成与大尺度背景和特定地形有关.移动的中尺度辐合线与变压风有关而静正辐合线常与露点锋相伴.     

包头市达茂旗风区风场特征分析

利用包头市达茂旗气象站1971-2009年38a的日逐小时风向、风速的地面观测资料,对达茂旗风区地面风的平均日变化、月变化、季变化、年变化等进行分析,结果表明:从1971-2009年的年平均风速总体呈现减小的趋势;全年较大风主要出现在春季,4月份平均风速最大;从小时平均值变化曲线看出,00-13时风速逐渐增大,到13时风速达到最大后逐步减小;此外,利用位于该风区内70m测风塔小时数据分析了风速垂直变化曲线,并根据风机发电对风速的要求,分析了有效风速百分比的日变化曲线.     

地表湿度及粗糙度非均匀分布情况下整体输送方法的初步研究

利用一个裸土与Pielke中尺度边界层的耦合模式，对大气环流模式网格尺度的地表湿度和粗糙度的非均匀分布情况下整体输送系数的平均方法进行了初步研究。首先估算了将单点陆面模式应用到大气环流模式的非均匀网格时所产生的误差，并且构造了一种有效阻抗的平均方法，与其他几种方法相比，它可以更有效地消除这种误差。     

长江下游农业生态区CO2通量的观测试验

利用2001年6月10日~7月20日在安徽省全椒县稻田和2002年6月10日~7月20日在肥西县农作物混作区观测的近地层CO₂和能量通量资料，对农作物混作区和稻田CO₂通量特征进行了比较。结果表明:平均情况下，观测期内稻田白天(夜间)吸收(放出) CO₂为55.16 g·m-2(14.19 g·m-2)；农作物混作区白天(夜间)吸收(放出) C02为22.67 g·m”(12.40 g·m-2)；稻田白天吸收的CO₂通量随水稻生长而逐渐增加，夜间放出的CO₂在拔节期最高；农作物混作区CO₂通量在整个观测期并没有显著改变；稻田和农作物混作区均为大气CO₂的汇。对CO₂通量与光合有效辐射的关系分析表明:白天稻田吸收的CO₂通量与到达地面的光合有效辐射存在着显著的负相关关系。文中结果为数值模拟稻田与近地层大气CO₂交换提供了重要依据。     

凝结潜热与地表热通量对一次西南低涡暴雨影响分析

利用PSU/NCAR的非静力中尺度MM5V3模式,对2004年9月四川省及重庆市一次特大暴雨过程进行了凝结潜热与地表热通量的敏感性试验,结果表明:凝结加热与地表热通量通过影响中尺度系统环境场的高低空急流、高低层辐合辐散等动力、热力条件,从而影响中尺度系统的发展以及中尺度暴雨的发生。     

长江下游夏季降水与东亚夏季风及春季太平洋海温的关系

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料、NOAA月平均海表温度资料及中国站点逐日降水资料,研究了长江下游夏季降水、东亚夏季风(区分南海热带夏季风和副热带夏季风)及春季太平洋海温之间的关系。结果表明,南海夏季风强度与长江下游夏季降水量呈反相关,而副热带夏季风强度与长江下游夏季降水量呈正相关;春季赤道东太平洋海温与当年长江下游夏季降水存在正相关,是夏季长江下游夏季降水变化趋势的较好前期预测信号;南海夏季风和副热带夏季风强度对春季赤道东太平洋海温异常的响应是相反的。     

青藏高原地表净辐射的气候学研究

根据作者提出的地表净辐射各分量的气候学计算方法，计算出青藏高原及其周边地区１７３站的净辐射和其各分量的年，月平均通量密度，并分析其地理分布特征。指出高原主体为总辐射，有效辐射的高值区，地表净辐射场在冬，夏季有较大差异。冬季为一弱正值区，相对低中心呈块状散布在祁连山区等几个地区；夏季因夜雨及地表湿润的缘故，高原大部地区的地表净辐射反有加强。各地净辐射年变化基本形式与总辐射相似。有效辐射年变化一般呈双     

光谱比辐射率对卫星遥感地表温度影响的研究

应用分裂窗方法反演地表温度的结果表明，地表温度不仅线性地依赖于ＡＶＨＲＲ的４，５通道的亮度温度，而且还线性地依赖于与光谱比辐射有关的项，即（１－ε４）／ε４及（ε４－ε５）／ε４。分析指出：（１）若△ε（ε４－ε５）＝０，当ε４从０．９４～１．００时，地表温度的变化达３．０℃，（２）当△ε≠０时，△ε对反演地表温度比ε４所造成的影响更敏感，更显著：若△ε〉０，△ε对ε４所造成的影响有减弱作用，若△     

冬、夏季青藏高原地面加热场激发的500hPa遥相关型

本文用青藏高原地面加热场强度来表征高原的加热状况，并用统计的方法，分析了冬季（２月）和夏季（７月）青藏高原地面加热场强度与同期５００ｈＰａ位势高度的遥相关关系，得到如下结论：冬季高原地面加热场可激发北半球５００ｈＰａ产生遥相关型，这种遥相关型可看成是二维Ｒｏｓｓｂｙ波列由低纬向东北方向传播；夏季高原地面加热场可激发北半球５００ｈＰａ产生类似于ＥＵ型的遥相关，这种遥相关型可看成二维Ｒｏｓｓｂｙ波列由     

黄河中游地区近522年旱涝突变

应用T检验方法对我国黄河中游地区1470～1991年夏季（5～9月）旱涝等级序列进行分析，结果表明:该地区气候存在着两次百年尺度突变，即17世纪50年代前后（旱转涝）和18世纪60年代初期（涝转正常），以及百年尺度内20～30年尺度的气候突变；并指出黄河中游地区各时期旱涝变化与赤道东太平洋海温指数（SSTI）和大气活动中心的演变有密切联系。