云的辐射特性

1.引言云对地球的辐射收支起着支配的作用.即云可以使入射到地球的太阳辐射反射到宇宙空间,减少地球接收的太阳辐射量(反射率效应),还可以通过吸收和射出地球(红外)辐射,使地表及云层下的大气保温(温室效应).云的辐射效应由这两种效应的平衡来决定.     

基于CERES卫星资料的青藏高原有效辐射变化规律

有效辐射作为地表辐射平衡的重要组成部分,其对大气的加热对辐射平衡,能量平衡以及周边大气环流起着重要的作用。基于2000-2014年的Aqua/CERES卫星产品地表长波辐射及其他相关参数,研究了青藏高原(下称高原)地区全天气和晴天两个不同条件下地表有效辐射的时空分布及其成因。结果表明:在高原地区有效辐射呈现出西部地区较大,东南部较小的空间分布。由于高原有效辐射的变化存在区域性的不同,应用经验正交分解方法将高原分为高原西部边缘(Ⅰ区)、中西部腹地(Ⅱ区)、东北(Ⅲ区)和东南(Ⅳ区)4个气候区。有效辐射与地表向上长波辐射的增加(减弱)趋势基本一致,而大气逆辐射的改变对有效辐射的影响在不同气候分区的不同季节呈现出不同的变化趋势,且云通过增加大气逆辐射进而减小有效辐射。在高原中西部腹地(Ⅱ区)以冷平流为主,相对湿度偏低,而在其他三个地区则以暖平流为主,相对湿度偏高。温度平流和大气水汽等因子均通过影响大气逆辐射进而影响有效辐射。研究结果可为认识高原整体非绝热加热特征及影响机理提供参考。     

青藏高原东侧MODIS地表温度产品验证

利用青藏高原东侧理塘大气边界层观测站的热红外测温仪和长波辐射表的实测数据,分析了实测地表温度Ts的精度及其影响因子,对MODIS地表温度(LST)产品进行了评估。结果表明,与用红外测温仪测量的地表辐射温度Tr相比,考虑了地表辐射率和大气下行辐射后的地表温度Ts_R偏低,差值随着地表发射率递减,随着长波净辐射递增,白天偏低可达1.9 K,夜间偏低可达1.1 K。当地表温度285 K时,Ts_R与用长波辐射估算的地表温度Ts_L之间的差值集中在2.5 K以内;而当地表温度285 K时,偏差可达10 K。地表发射率的误差≤0.01时,地表温度计算误差≤0.5 K。Tr、Ts_R和Ts_L与LST之间都存在显著正相关,其中Ts_L与LST的相关系数最大。夜间的相关系数大于白天;Terra卫星的相关系数(尤其是白天)大于Aqua卫星。基于LST的Ts_L回归模型估算标准误差为4.4904 K,达到99%的置信水平。     

利用红外辐射光谱反演大气CO2浓度的理论研究

依据最新的大气分子光谱数据集(HITRAN 2004),利用逐线积分辐射传输模式,模拟计算了大气顶射出红外辐射光谱及其对大气CO2浓度变化的灵敏度,发现:大气CO2 4.3 μm吸收带,特别是2 2412 249 cm-1、2 2502 258 cm-1、2 2592 267 cm-1和2 3822 390 cm-1波段射出的红外辐射,随CO2浓度的增加而显著降低,且很少受其他大气成分变化干扰,因此特别适于用来遥感探测大气CO2浓度的变化.根据最优非线性反演方法,反演获得了015 km的大气CO2廓线,结果表明,利用上述4个通道的红外辐射值,可精确反演出自由对流层的CO2浓度变化.     

《气象与环境科学》征稿简则

依据最新的大气分子光谱数据集(HITRAN 2004),利用逐线积分辐射传输模式,模拟计算了大气顶射出红外辐射光谱及其对大气CO2浓度变化的灵敏度,发现:大气CO2 4.3 μm吸收带,特别是2 2412 249 cm-1、2 2502 258 cm-1、2 2592 267 cm-1和2 3822 390 cm-1波段射出的红外辐射,随CO2浓度的增加而显著降低,且很少受其他大气成分变化干扰,因此特别适于用来遥感探测大气CO2浓度的变化.根据最优非线性反演方法,反演获得了015 km的大气CO2廓线,结果表明,利用上述4个通道的红外辐射值,可精确反演出自由对流层的CO2浓度变化.     

利用红外辐射光谱反演大气CO2浓度的理论研究

依据最新的大气分子光谱数据集（HITRAN 2004）,利用逐线积分辐射传输模式,模拟计算了大气顶射出红外辐射光谱及其对大气CO2浓度变化的灵敏度,发现：大气CO24．3μm吸收带,特别是2241-2249cm^-1、2250-2258cm^-1、2259-2267cm^-1和2382—2390cm^-1波段射出的红外辐射,随CO2浓度的增加而显著降低,且很少受其他大气成分变化干扰,因此特别适于用来遥感探测大气CO2浓度的变化。根据最优非线性反演方法,反演获得了0-15km的大气CO2廓线,结果表明,利用上述4个通道的红外辐射值,可精确反演出自由对流层的CO2浓度变化。     

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     

气溶胶与气候

气溶胶粒子对气候系统的辐射平衡有重要影响。气溶胶对气候的影响可分为两大方面,即直接影响和间接影响。直接影响指大气中的气溶胶粒子吸收和散射太阳辐射和地面射出长波辐射从而影响地－气辐射收支。模式计算表明,人类活动引起大气气溶胶增加倾向于使地球表面降温,工业化以来,气溶胶增加引起的地面变冷趋势可部分抵销温室气体增加引起的地表温度上升。气溶胶对气候的间接影响是指气溶胶浓度变化会影响云的形成,而云的变化反过来对气候有巨大影响,这方面至今还没有定量结果。       

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窗区通道2 OLR反演模式形式的互比,得出两星的OLR反演模式接近,给出2007年2～4月OLR产品个例和产品精度分析.     

利用MODIS和CERES遥感数据研究青藏高原的云辐射强迫效应

准确估算青藏高原的云辐射效应,对分析该地区的近地面感热通量十分重要。本文首先利用加权平均方法,分别将中分辨率成像光谱仪(MODIS)、测云雷达(CPR)和云与地球辐射能量系统(CERES)的像元数据进行融合。利用这些数据,分析了青藏高原上多云个例(2017年5月5日)与少云个例(2017年8月2日)情况下的可见光通道和热红外通道的信号、云参数和大气长短波辐射强迫等的差异。研究表明,少云时高原地区的大气顶大气长波辐射强迫为108.3 W·m-2,多云时为104.5 W·m-2。同时少云个例中塔里木盆地的大气顶大气长波辐射强迫为200.7 W·m-2,表明该辐射强迫受到地表热力状况影响较大。深厚与浅薄云区的云顶高度相差不大,但多云个例中深厚云区的短波辐射强迫是浅薄云区的2倍多,这一比例远大于长波。这表明短波辐射强迫对云厚度较敏感。最后,本文分析了CERES观测的大气顶长短波辐射分别与MODIS热红外和可见光通道之间的关系,结果表明它们存在很好的相关性(相关系数超过0.95),MODIS的可见光通道可以用于估算大气顶的短波辐射量,而MODIS的热红外通道只可用来估算云区的大气顶长波辐射量。     

30—60天大气振荡的全球特征

利用ECMWF格点资料,分析研究了大气季节内(30—60天)振荡的全球特征。30—60天振荡动能的分布表明高纬度地区要比赤道地区大得多。说明那里有较突出的30—60天振荡。中高纬度地区的30—60天振荡与热带有明显不同,垂直结构为正压模态,以纬向2—4波为主,多为向酉传播。30—60天振荡存在明显的低频遥相关,北半球主要为欧亚—太平洋(EAP)型和PNA型,南半球主要有澳洲—南非(ASA)型和环南美(RSA)型,并且在全球范围构成南北半球相互衔接的低频波列,即EAP-ASA波列和PNA-RSA波列。南北半球30—60天大气振荡有明显的相互影响,本文研究了南北半球30—60天振荡相互影响的3种主要过程。     

METOP星载干涉式超高光谱分辨率红外大气探测仪(IASI)及其产品

为了深入了解国际卫星红外大气探测仪器的新特点,以欧洲METOP卫星装载的超高光谱红外大气探测仪(IASI:Infrared Atmospheric Sounding Interferometer)为例,介绍卫星红外探测仪研发背景、仪器特征和数据产品处理,并与第1个高光谱大气红外探测仪(AIRS:Atmosphenic Inftared Sounder)作了比较分析.采用干涉分光技术的IASI为地球大气遥感提供了丰富的研究资料,可用于反演大气、海洋、云和大气成分,对我国风云卫星的高光谱红外大气垂直探测仪器的研发具有重要参考价值.     

A FURTHER INQUIRY ON 30-60 DAY OSCILLATION IN THE TROPICAL ATMOSPHERE

Based on the ECMWF data(1980-1983) and others, a further inquiry on the activities and the structure feature of 30-60 day oscillation in the tropical atmosphere has been completed. The following results are obtained:There is stronger perturbation kinetic energy of 30-60 day atmospheric oscillation(AO) in the equatorial eastern Pacific. This means the equatorial eastern Pacific is a stronger activity region of 30-60 day AO in the tropics. Analyses also show that the AO system with the time scale of 30-60 days might consist of various spatial scale disturbances. The zonal propagation of 30-60 day oscillation in the tropical atmosphere is not all eastward. Some differences are found for different spatial scales, and for propagations in upper and lower tropospheres. The meridional propagation of the oscillation is even more different in the various regions and might be related to the low-frequency wave train in the atmosphere. The stronger activities of 30-60 day AO in the equatorial middle-western Pacific are related to the El Nino events and the weaker ones are correspondent to the inverse El Nino phenomena.     

Simulationsof Aerosol Optical Properties to Top of Atmospheric Reflected Sunlight in the Near Infrared CO2 Weak Absorption Band

Over the Asian continent,high aerosol loading is critical to ensure the high accuracy of CO₂ retrieval in the near infrared absorption band.Simulations were performed to explore the effect of light path modification by aerosol son the atmospheric CO₂ near infrared band(6140-6270 cm^-1).The Vector LInearized Discrete Ordinate Radiative Transfer（VLIDORT） model and the Line-By-Line Radiative Transfer Model（LBLRTM） were used for forward calculations.The U.S.standard atmosphere was used for atmospheric profiles.The results indicate that the aerosols caused similar effects to increases in CO₂ in the planetary boundary layer and became more significant with aerosol layer rising while aerosol optical depth was 0.1.This effect will cause an over estimation of the CO₂ mixing ratio in the retrieval process and an under estimation in the aerosol layer.The results also indicate that the effect of urban and industrial aerosols is smaller than that of non-absorbing and dust aerosols because of the nearly constant absorption properties in the near infrared band.     

大气沙尘辐射特性的卫星观测

对１９９１年３－５月在ＨＥＩＦＥ实验区过境的１０次ＡＶＨＲＲ测量资料和同期大气浑浊度观测资料的分析结果表明,ＡＶＨＲＲ资料可用于大气沙尘对地系统辐射能收支影响的研究。     

华南夏季12-30 d持续性强降水的低频特征分析

利用1982-2011年夏季（5-8月）中国气象观测站点逐日降水资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料、NOAA逐日向外长波辐射和海表温度资料集,通过选取低频降水事件的方法,分析了华南夏季12-30 d持续性强降水事件的基本特征,然后利用位相合成法对持续性强降水期间伴随的低频大气环流型以及低频信号的来源和传播情况进行研究,同时也分析了低频海-气耦合过程对持续性强降水的影响。结果表明：（1）华南夏季降水具有显著的12-30 d低频振荡特征,持续性强降水事件在6月发生次数最多,低频降水期间的雨带自东南向西北传播。（2）在持续性强降水发生期间,华南及邻近海域低层受强大的低频气旋式环流控制,低频上升运动显著,而中国南海-菲律宾海一带则是强的低频反气旋式环流,其西侧向北的低频水汽输送不断将中国南海的水汽送至华南及邻近海域进行辐合上升。低层的低频信号来源于热带西太平洋和中国南海-菲律宾海一带低频振荡的西北向传播,同时伴随着西太平洋副热带高压明显的西伸东退过程。（3）在高层,华南北侧（22°-45°N,95°-130°E）区域强大的低频气旋式环流和孟加拉湾-中国南海一带的低频反气旋式环流相互配合,使华南高层处于强大的辐散环境中,从而加强了华南低层的辐合与低频上升运动,造成持续性强降水的增强。高层的低频信号来源于低频罗斯贝波列的东南向传播。（4）低频大气环流异常通过云辐射和热通量过程改变低频海表温度异常,而由大气强迫的低频海表温度异常通过影响低层大气的稳定性来对大气施加明显的反馈作用,该海-气耦合过程有利于大气低层低频信号向华南地区传播,从而影响了华南持续性强降水的发生、发展与结束。     

940 nm水汽通道反射率计算试验

利用近红外波段大气与辐射的相互作用解决用红外波段不容易遥测低层水汽的问题。选用940 nm水汽弱吸收带进行通道反射率计算试验，分析其对不同环境参数的敏感性。结果表明，940 nm附近通道的辐射信号携带了整层大气水汽信息，有可能用来获取大气水汽总量。     

基于FY-3/IRAS利用非线性模式反演OLR

FY-3系列卫星星载IRAS仪器设有26个通道,其中20个通道用于探测地球大气在红外波段的热辐射,通道辐射率代表了地球大气系统在大气顶的向外辐射光谱信息,与总波段的射出长波辐射（OLR）通量相关性高。该文基于逐线辐射传输模式计算软件LBLRTM对全球2521条大气廓线的大气顶射出辐射率模拟数据,计算了每条廓线的OLR和FY-3B/IRAS,FY-3C/IRAS通道辐射率,用统计回归方法建立了利用IRAS的多通道辐射率计算OLR的非线性理论回归模式;应用模式和FY-3B/IRAS,FY-3C/IRAS的L1级数据,处理得到2016年4月1-30日的全球日平均、月平均OLR格点产品。与Aqua/CERES,Terra/CERES仪器宽波段观测OLR产品对比表明:对于水平分辨率为1°×1°的全球月平均OLR格点产品,均方根误差为2.22 W·m-2,相关系数为0.9982 W·m-2,平均偏差为-0.2 W·m-2,表明FY-3/IRAS仪器定标及反演模式均达到较高水平。文中还回顾了历史上不同气象卫星的多种OLR反演算法模式,并对不同模式精度进行了比较。     

A Further Inquiry on the Mechanism of 30-60 Day Oscillation in the Tropical Atmosphere

In a simple semi-geostropic model on the equatorial β-plane, the theoretical analysis on the 30-60 day oscillation in the tropical atmosphere is further discussed based on the wave-CISK mechanism. The convection heat-ing can excite the CISK-Kelvin wave and CISK-Rossby wave in the tropical atmosphere and they are all the low-frequency modes which drive the activities of 30-60 day oscillation in the tropics. The most favorable conditions to excite the CISK-Kelvin wave and CISK-Rossby wave are indicated: There is convection heating but not very strong in the atmosphere and there is weaker disturbance in the lower troposphere.The influences of vertical shearing of basic flow in the troposphere on the 30-60 day oscillation in the tropics are also discussed.