极地大气科学与全球变化研究进展

南极和北极是地球上的气候敏感地区, 也是多个国际科学计划研究全球气候变化的关键地区。极地大气科学考察与研究是极地科学研究的重要组成部分。中国气象科学研究院的极地大气科学考察与研究始于20世纪80年代, 25年来有较大进展。中国气象科学研究院参加了我国组织的23次南极考察、2次北冰洋考察和3次北极考察; 承担了南极长城站和中山站、北极黄河站气象业务建设和维持, 以及中-澳合作南极冰盖3个无人自动气象站工作; 进行了常规地面气象、Brewer大气臭氧、近地面物理、冰雪和大气化学等观测, 获得了较为系统的极地大气环境资料。开展了有关极地大气科学与全球变化的研究, 在极地天气气候特征及气候变化时空多样性、极地海冰变化和南极海冰涛动、极地近地面物理特征和海-冰-气相互作用、中山站臭氧变化特征及南极臭氧洞和大气化学、气候代用资料获取和古气候环境以及极地大气环境变化对东亚环流和中国天气气候影响等方面的研究取得了新进展。中国极地大气科学正积极通过多学科交叉、走国际合作道路, 努力提高对极地在全球变化中作用的认识水平, 并积极探索极地变化对我国气候、环境的影响。     

极地气象考察与全球变化研究

南极和北极是地球上的气候敏感地区，也是多个国际计划研究全球气候变化的关键地区。极地包含了大气、海洋、陆地、冰雪和生物等多圈层相互作用的全部过程，在全球气候的形成和变化中有重要的作用。极地大气科学考察与研究是极地科学研究的重要组成部分。到2006年底，中国自主组织了23次南极考察，2次北冰洋考察和3次北极站考察；建成了南极长城站、中山站和北极黄河站，并在南极冰盖设置了3个无人自动气象站；开展了有关极地大气科学与全球变化的研究。在南北极地区，进一步加强国际合作，继续监测包括近地面温度在内的大气要素的变化，提高极地气象业务水平；拓展极地气象业务和大气科学考察研究领域，积极获取气候代用资料；进一步量化和认识极地在全球变化中的作用，及其对中国天气气候和国民经济可持续发展的影响；建立完善极地大气科学研究体系，提高极地大气科学研究水平，仍是中国极地大气科学与全球变化研究的重要内容之一。     

近20年来中国极地大气科学研究进展

南极、北极和青藏高原是地球上的 3大气候敏感地区 ,是多个国际计划研究全球变化的关键地区。中国的南极和北极实地考察研究 ,分别始于 2 0世纪 80和 90年代 ,起步较晚 ,但近 2 0余年来有较大的进展。极地大气科学考察与研究是极地科学研究的重要组成部分。讫今为止 ,中国已组织了 2 0次南极考察和 3次北极考察 ,建立了中国南极长城站、中山站和北极黄河站等 3个常年科学考察站 ;进行了常规地面气象、Brewer大气臭氧、近地面物理、高层大气物理、冰雪和大气化学等观测 ,获得了较为系统的极地大气科学第一手资料 ;开展了有关极地与全球变化的研究 ,取得了新的进展。南极地区大气温度、臭氧和海冰的气候变化在时间和空间上都是多样的。南极地区的增暖主要发生在南极半岛地区 ,在南极大陆主体并不明显 ,近 10余年来还有降温趋势。中国南极长城站和中山站的观测资料也证实了这一点。此外 ,还揭示了南极半岛西侧和罗斯海外围的海冰变化具有“翘翘板”特征 ,由此定义的南极涛动指数可用来讨论南极海冰状况和海冰关键区的活动 ;用实地考察资料研究了极地不同下垫面的近地面物理和海 -冰 -气相互作用特征 ,给出了边界层特征参数 ;讨论了极地天气气候和大气环境特征及其对东亚大气环流和中国天气气候的影响 ;利用     

农作物长势遥感监测业务化应用与研究进展

农作物长势监测可为田间管理提供及时的决策支持信息和早期估产提供依据。为了更好地研究作物生长过程中不同遥感监测作物长势方法的适用性,从多光谱遥感数据、高光谱遥感数据和微波遥感数据的应用及遥感监测指标与模型模拟方面综述了国内外农作物长势遥感监测研究及业务化应用的最新进展,指出了未来拟重点加强的研究任务,包括高时空分辨率和高光谱分辨率遥感数据的业务化技术、多遥感反演参数协同监测作物长势技术研发、基于遥感信息与作物过程模型的集合预报技术研究、全球尺度作物长势监测业务运行系统研发。     

参加中国第9次北极科学考察总结

北极对我国气候具有极其重要的影响,因此多年来中国气象科学研究院(以下简称“气科院”)坚持参与北极黄河站考察及北冰洋考察,布设气象和大气化学观测仪器,实地采集相关样品,并进行了大量有关研究。2018年是国际极地预报年(YOPP)的集中观测特别年,气科院专门设立了基本科研业务项目“极地预报年中国北极大气探测行动计划”专项,与国家海洋环境预报中心联合实施YOPP特别观测期的北极大气探空计划。     

气象通信系统发展与展望

气象通信系统是支撑气象业务和大气科学研究的数据收集和传输平台。在经历了从手工到自动,从点对点的数据传输到网络通信和数据广播的发展后,我国气象通信系统已成为由国际气象通信系统、国内气象通信系统组成,覆盖各级气象部门及部门外相关业务和科研用户,具备全球及国内各类观测资料和预报预测产品收集、分发、交换控制及传输监视能力的数据传输平台。作者回顾了气象通信发展历程,分析了气象通信系统的技术和业务现状,对气象通信的未来发展进行了展望。     

GPS探测气象参数的技术进展

回顾了全球定位系统(GPS)探测气象参数(GPS/MET)的技术进展.全球定位系统探测气象参数利用GPS信号穿过大气受到大气折射而产生的延迟来探测大气中的温度、气压、水汽含量或湿度及电离层的电子浓度.就地基GPS/MET来看,GPS对中性大气层水汽的探测研究,主要集中在大气可降水量反演、水汽层析及GPS资料在数值预报模式中的应用等领域; GPS对电离层探测,主要应用于电离层变化的分析和研究,监测和预报电离层的危害方面.天基GPS/MET技术利用了导航卫星GPS星座和LEO小卫星在地球地平线边缘的上下相对运动,获取大气参数的垂直分布.GPS气象小卫星在太空飞行,探测范围大、频率高.两颗天基低轨GPS气象小卫星系统的高空资料收集能力就超过了现行全球高空气象探测能力的总和.天基GPS/MET掩星探测技术的业务实现将是全球高空大气探测技术发展的一次飞跃.GPS/MET的探测精度高、全天候、时间分辩率高、观测稳定、无需校正.可以预期, 这种新型的探测手段将是未来大气探测系统中重要的组成部分,随着GPS探测站网的建设和业务化,它所提供的数据源,将会对气象、环境、水文和空间天气等学科领域的研究产生深刻的影响.     

苏联对南北极地区的气象考察

苏联60年来,极地气象学在研究大气现象、大气环流及气候方面,在研究为北极国民经济各部门服务所提出的许多建议方面,在发现和估价可用来为苏维埃人民服务的气候资源方面都取得了显著的成绩.按苏共第25次代表大会的决议,在前所未有的范围内开始进行开发北部自然资源,这使我们获得了对该区域气候和气候资源的认识. 北极地区的整个气象研究是以对最寒冷的天气条件的观测为基础的.例如,北极漂流考察站区域的天气严寒度的年平均系数(用鲍德马纳公式获得)比北半球最冷的点——奥伊米亚康高二倍. 北极的气象研究向来重视实践.在北极,没有任何一个国民经济部门或任何一种人类活动是与气象无关的.我们将北部自然资源应用于国民经济部门越     

地市级气象应急监测系统建设

以聊城市气象应急监测车建设过程为例,详细分析了作为地市级气象应急监测车在监测设备选配、通信组网及视频无线传输系统、预报服务平台组建3个方面的实现过程,同时介绍了气象应急监测系统在突发气象灾害灾情迅速捕获和空中水资源开发效益评估中的应用,为全国地市级气象局建设气象应急监测提供经验.     

2019～2020年北极野火极端事件的气象成因解析

利用MERRA-2再分析气象变量（降雪量、降水量、地表风速、相对湿度、2 m气温、日最高气温）和加拿大火险天气指数，通过逐步回归方法构建1997～2020年间北极不同关键区内气象因子与野火碳排放量之间的关系，在此基础上解析北极地区2019～2020年野火极端事件的主导气象因子。结果显示在北极的3个关键区中，野火排放的主导因子都是火险指数之一的粗腐殖质湿度码（Duff Moisture Code, DMC）。2019～2020年北极地区850 hPa位势高度异常偏高，带来极端升高的日最高温和显著减少的降水，共同导致异常偏高的DMC值并促进了野火极端事件的爆发。这一结果表明高温和干旱等气候异常对于目前频发的北极野火有较强的促进作用。     

Review and Development on the Studies of Chinese Meteorological Satellite and Satellite Meteorology

Meteorological satellite and satellite meteorology are the fastest developing new branches in the atmospheric sciences. Today the meteorological satellite has become a key element in the global atmospheric sounding system while the satellite meteorology is covering the main components of earth's system science. This article describes the major achievements that China has made in these fields in the past 30 years. The following contents are involved: (1) History and present status of China's meteorological satellites. It covers the development, launch, operation, technical parameters of China's polar and geostationary meteorological satellites. (2) Major achievements on remote sensing principle and method. It describes the retrieval of atmospheric temperature and humidity profiles, cloud character retrieval, aerosol character retrieval, precipitation retrieval as well as the generation of cloud wind. (3) Achievement on the studies of meteorological satellite data application. This part covers the applications of meteorological satellite data to weather analysis and forecast, numerical forecast, climate monitoring, and prediction of short-term climate change. Besides, the new results on data assimilation, climate monitoring, and forecast are also included.     

中国气象卫星和卫星气象研究的回顾和发展

气象卫星和卫星气象是大气科学中发展最迅速、成就最显著的一项大气探测技术和新兴的分支学科。目前 ,气象卫星已经成为地球大气探测系统中的主要成员 ,而卫星气象学则正在覆盖地球系统科学中的主要方面。文中从 3个方面综述自 2 0世纪 70年代以来的 30多年时间内 ,中国在这一领域内取得的主要成就 :(1)中国气象卫星的发展历史和现状 ,重点介绍了中国的极轨和地球静止气象卫星的发射、运行状况和主要技术指标及发展史。 (2 )气象卫星遥感原理和方法等方面的主要成果 ,重点评述了大气温湿廓线遥感反演、云特性反演、气溶胶特性反演、降水反演和云迹风生成等 5个方面的主要成果。 (3)气象卫星资料应用研究成果 ,主要包括气象卫星资料在天气分析和预报中的应用、在数值预报中的应用和在气候监测和短期气候预测中的应用。此外还包括同化和气候监测与预测研究的最新成果。     

我国风云极轨气象卫星及应用进展

我国风云极轨气象卫星数据,目前已经被应用在天气预报、气候预测、自然灾害、环境监测、科学研究等多个重要领域,为我国国民经济建设、国防建设、防灾减灾和全球许多国家的经济发展做出了重要贡献。本文介绍了我国风云极轨气象卫星的发展历程,重点阐述了目前风云极轨气象卫星在卫星数据预处理、定量产品反演、卫星资料同化等方面的应用研究进展,并展示了第二代风云极轨气象卫星在全球业务观测、大气三维探测、海洋环境监测、数值预报应用等相关典型应用。在国家创新战略发展框架下,根据“国家级气象现代化总体方案”确定的2020年气象卫星及应用发展目标,第二代极轨气象卫星风云三号03批卫星系统工程必将进一步发挥重大支撑作用。     

近20年青藏高原气象卫星应用研究回顾与展望

回顾近20年青藏高原卫星遥感技术在气象领域的应用研究成果,主要包括卫星资料在天气分析和预报、气候变化研究,以及森林火险和积雪监测等方面的应用研究,并指出目前青藏高原气象卫星应用研究中亟待解决的问题和对策。     

利用静止气象卫星红外通道遥感监测中国沙尘暴

气象卫星的红外窗区通道 (8~12 μm) 对于通常大气气溶胶几乎没有响应, 但对于较大颗粒且浓度较强的沙尘气溶胶, 尤其是沙尘暴有明显的信号反应。空气中的沙尘在红外分裂窗通道表现出两个特征:一是对地表发射到空间的红外信号产生衰减, 造成卫星探测到的地气系统亮温降低, 这就是所谓的红外差值沙尘指数IDDI; 二是沙尘粒子在红外分裂窗两个通道的比辐射率不同, 11 μm比12 μm的比辐射率低, 从而造成这两个通道的亮温差是负值。基于这两个特征和沙尘多通道光谱聚类法, 针对静止气象卫星观测数据进行了沙尘暴卫星遥感监测业务算法开发, 输出沙尘暴监测产品和红外差值沙尘指数产品, 这一算法不仅用于已经退役的GMS-5卫星, 而且应用于正在运行的静止气象卫星FY-2C, 它还为沙尘暴的定量或半定量遥感提供参考借鉴。     

FY-3E: The First Operational Meteorological Satellite Mission in an Early Morning Orbit

Fengyun-3 E(FY-3E),the world’s first early-morning-orbit meteorological satellite for civil use,was launched successfully at the Jiuquan Satellite Launch Center on 5 July 2021.The FY-3E satellite will fill the vacancy of the global early-morning-orbit satellite observation,working together with the FY-3C and FY-3D satellites to achieve the data coverage of early morning,morning,and afternoon orbits.The combination of these three satellites will provide global data coverage for numerical weather prediction(NWP)at 6-hour intervals,effectively improving the accuracy and time efficiency of global NWP,which is of great significance to perfect the global earth observing system.In this article,the background and meteorological requirements for the early-morning-orbit satellite are reviewed,and the specifications of the FY-3E satellite,as well as the characteristics of the onboard instrumentation for earth observations,are also introduced.In addition,the ground segment and the retrieved geophysical products are also presented.It is believed that the NWP communities will significantly benefit from an optimal temporal distribution of observations provided by the early morning,mid-morning,and afternoon satellite missions.Further benefits are expected in numerous applications such as the monitoring of severe weather/climate events,the development of improved sampling designs of the diurnal cycle for accurate climate data records,more efficient monitoring of air quality by thermal infrared remote sensing,and the quasicontinuous monitoring of the sun for space weather and climate.     

中国新一代极轨气象卫星——风云三号

风云三号(简称FY-3)是中国第2代极地轨道气象卫星系列.它的第1颗星--风云三号A星(FY-3A)于2008年5月27日上午11时02分33秒在山西太原卫星发射中心发射升空.新一代极轨气象卫星主要是实现伞球、全天候、三维、定量、多光谱遥感,以满足现代气象业务,特别是数值天气预报业务的发展,同时监测大范围气象及其衍生自然灾害和生态环境变化,为研究全球气候变化规律,进行气候诊断和预测提供地球物理参数,为农、林、交通、海洋、水文等多领域提供服务.FY-3A携带11个对地观测仪器,其观测数据通过星地链路进入地面接收站,并在数据处理和服务中心(国家卫星气象中心大楼内)汇集.在强大的计算机和网络支撑下,利用科学算法对仪器遥感数据进行处理,生成各类产品,提供给用户使用.FY-3A发射后,经过半年的在轨测试和试运行,于2009年初正式投入业务运行,卫星和地面系统状态稳定,工作正常.文中较系统全面地介绍了卫星轨道、数传、仪器、数据接收、处理和产品等,尤其分析了星载仪器的主要技术特征,并给出了部分产品应用实例.     

卫星气象的现状及展望

本文讨论了气象卫星遥感技术的现状及展望,以及在未来十几年内气象卫星可能提供遥感信息的前景。由于卫星技术的发展以及信息处理能力的提高,遥感信息将会对于气象及有关学科的发展有所推动,本文预期了它对于天气预报、气候与长期预报、大气探测(包括云雨)、大气污染、海洋环境及陆地冰雪研究的促进效果。气象卫星遥感提供了地球环境综合性研究的可能性,本文也讨论了这样一个发展趋势。最后,概述了我国卫星气象事业的发展概况。     

用卫星遥感资料反演气象参数的误差分析及数值试验

首先从理论分析入手，定性地探讨了用气象卫星遥感探测辐射测值反演气象参数的误差特性，进而用同步物理反演法进行了反演误差的数值试验，定量地揭示了反演误差的来源及特性。这些理论分析和数值试验对设计遥感系统、提高反演精度等都具有一定的指导意义。     

被动式微波遥感技术发展及其对汽/液态水物理参数反演的研究进展

大气遥感是1960年代以来发展最为迅速的学科分支之一,也是大气科学发展的关键技术支柱之一;其中,被动式微波遥感具有体积及功耗小,能进行全天候连续观测等优点,为获取大气、海洋、陆面等多领域观测信号提供了直接和有利手段。由于水汽、液态水是影响天气气候变化的重要要素,对其的探测技术在当前气象业务中显得尤为重要。简单回顾了被动式微波遥感的主要进展,重点介绍微波辐射计对水汽、云液态水、降水等物理量进行反演时所采用的统计方法、物理方法、物理统计方法等方法研究方面的国内外进展,并对微波辐射计的未来发展前景作了简单介绍。