应用AMSU-B微波资料识别强对流云区的研究

微波遥感可以穿透云顶直接探测对流云内的冰态粒子分布,受冰晶粒子的强烈散射衰减作用,AMSU-B的3个微波水汽吸收波段亮温随冰粒子的增加而降低.由于探测权重高度不同,辐射传输过程中受冰粒子的散射影响也不尽相同,3个水汽通道之间存在亮温差异,这种差异与对流云的强弱密切相关.利用微波向量辐射传输模式(VDISORT)模拟了云雨粒子对微波水汽通道观测的影响,并利用2005年8月12日华北地区的对流天气过程,分析了AMSU-B通道亮温与对流强弱变化之间的对应关系.在此基础上,建立了一种利用NOAA卫星AMSU-B水汽通道亮温差定量判识深对流云和冲顶对流云的方法.利用该方法对典型对流降水云团进行判识,结果显示,微波识别的对流云区可以较好地表征强降水的分布,其中的冲顶对流区与可见光云系的上冲云顶结构有着很好的对应.     

近10 a中国对流层NO2的变化趋势、时空分布特征及其来源解析

利用卫星遥感资料, 分析了1997~2006年中国对流层NO₂的变化趋势和时空分布特征以及来源解析. 研究发现中国近10 a来对流层NO2垂直柱密度具有明显的增长趋势. 东部地区近10 a的NO₂垂直柱密度平均值(9.3×10¹⁵ molec/cm2)是西部地区(0.6×10¹⁵ molec/cm₂)的15倍, NO₂污染最严重的地区主要集中在京津冀、长江三角洲、珠江三角洲以及四川盆地等人口聚居和工业发达的地区, 与人口的分布有密切的关系. 由于气象因素、人居和自然环境等因素的差异, 东部和西部地区对流层NO₂浓度季节变化具有明显不同的特征, 东部地区在冬季浓度最高, 而西部地区在夏季达到极大值. 还分析了几个典型的超大城市对流层NO₂垂直柱密度变化趋势, 上海以每年~20%的增长速率呈线性上升趋势, 增长率最高. 卫星遥感同地面实测资料的比较和验证表明, 大城市对流层NO₂垂直柱密度与近地面的NO₂浓度呈现一致的变化趋势, 且与机动车保有量的变化有显著的相关性, 表明剧烈的人为工业和经济活动对对流层NO₂的来源有重要的贡献.     

STUDY ON THE MULTIVARIATE STATISTICAL ESTIMATION OF TROPICAL CYCLONE INTENSITY USING FY-3 MWRI BRIGHTNESS TEMPERATURE DATA

A technique for estimating tropical cyclone (TC) intensity over the Western North Pacific utilizing FY-3 Microwave Imager (MWRI) data is developed. As a first step, we investigated the relationship between the FY-3 MWRI brightness temperature (TB) parameters, which are computed in concentric circles or annuli of different radius in different MWRI frequencies, and the TC maximum wind speed (Vmax) from the TC best track data. We found that the parameters of lower frequency channels’ minimum TB, mean TB and ratio of pixels over the threshold TB with a radius of 1.0 or 1.5 degrees from the center give higher correlation. Then by applying principal components analysis (PCA) and multiple regression method, we established an estimation model and evaluated it using independent verification data, with the RMSE being 13 kt. The estimated Vmax is always stronger in the early stages of development, but slightly weaker toward the mature stage, and a reversal of positive and negative bias takes place with a boundary of around 70 kt. For the TC that has a larger error, we found that they are often with less organized and asymmetric cloud pattern, so the classification of TC cloud pattern will help improve the acuracy of the estimated TC intensity, and with the increase of statistical samples the accuracy of the estimated TC intensity will also be improved.     

地球辐射收支探测的目标方向订正模型构建：从地球卫星到月基平台

监测地球辐射能量收支的时空变化有助于增进我们对全球气候变化的理解。地球反射的短波辐射与发射的长波辐射是地球系统与外界进行能量交换的重要组成部分,也是地球辐射收支观测的主要参量。地球辐射探测仪是探测大气层顶辐射收支能量平衡参数的专用仪器。地球目标方向订正模型（Angular Distribution Models, ADMs）专指校正大气层顶地球-大气系统目标辐射各向异性的一系列非均匀因子,它是将卫星或月基观测的地球目标反射及发射宽波段辐亮度转换为辐射通量的有效途径。ADMs模型构建和算法优化直接影响基于空间观测推算地球辐射收支的最终解算精度。本文围绕地球辐射ADMs模型展开,回顾了过去几十年来ADMs模型的发展历程,着重介绍了目前应用于Terra与Aqua卫星的云与地球辐射能量系统（Clouds and the Earth’s Radiant Energy System, CERES）的业务化ADMs模型,分析了地球静止卫星与月基对地观测在地球辐射ADMs模型中的优势、问题与潜力。基于上述综述与分析,讨论星载与月基地球辐射ADMs模型进一步优化的决定因素。     

FY-3C微波成像仪海面温度产品算法及精度检验

海洋表面温度(SST)是海洋学和气候学一个十分重要的物理因子,而卫星被动微波遥感能够穿透云层,实现全天候、大范围观测,因此利用中国FY-3C微波成像仪(MWRI)反演SST具有重要意义。FY-3C MWRI SST产品采用统计算法,首先利用MWRI降水和海冰产品剔除含降水和海冰的像元,之后选择时空间隔0.2 h和0.2°离海岸100 km以外的FY-3C MWRI观测亮温与浮标观测值进行匹配,再将全球在空间上分为4个纬度带,时间上分为12个月,并分升轨和降轨,分别建立浮标海温观测结果和MWRI亮温之间的统计关系,实现对SST的估算。将|估算海温-30年月平均海温|≥2.5 K的像元标识为51,发现这些像元基本分布在陆地边缘地区及大风速地区,剔除标识为51的像元后的精度验证结果表明:与全球浮标资料相比,FY-3C MWRI SST轨道产品升轨精度为–0.02±1.22 K,降轨精度为–0.15±1.28 K;与全球分析场日平均海温OISST相比,FY-3C MWRI SST日产品升轨精度为0.00±1.03 K,降轨精度为–0.09±1.08 K。微波辐射计的性能及其定位定标精度、上游卫星产品(降水检测和海冰检测)的精度、陆地的干扰及高风速对微波信号的影响均会造成SST估算误差,如何改进算法中风速大于12 m/s时的估算精度是下一步的工作重点。     

粮食贸易与水资源安全

粮食生产要消耗大量的水资源,一个国家的水资源与其粮食生产能力密切相关。20世纪90年代虚拟水概念和虚拟水战略的提出为保证粮食安全和水资源安全提供了新的思路。粮食贸易中携带有大量的虚拟水,在满足粮食需求的同时,可以缓解当地水资源紧缺,促进农业生产结构的调整与优化,实现水资源的高效配置。我国作为农业生产大国,应加强虚拟水研究,通过虚拟水贸易减轻水资源压力。应采取调整进出口粮食比例,减少耗水密集型产品出口,调整粮食生产区域布局,加强国内各地区之间的虚拟水贸易等措施,实现粮食安全和水资源安全。     

利用AMSU分析热带气旋结构特征

搭载在美国新一代极轨业务系列气象卫星上的先进的微波探测器 (Advanced Microwave Sounding Unit , AMSU) 提供了对于大气中温度、湿度以及云雨分布特征的探测能力。 研究选择 2003 年发生在西北太平洋上的多个热带气旋个例, 利用 NOAA16/17 卫星的 AMSU 数据分析热带气旋热力及云雨结构特征, 结果显示: 热带气旋中心的增暖在 AMSU-A 微波温度观测表现显著, 特别是在对流层上层通道尤其明显; AMSU 观测热带气旋中心增暖与强度相关性统计分析显示, 两者相关性达 0.778; AMSU-B 高频通道可以揭示热带气旋的云雨结构分布和对流发展旺盛情况, 分析显示热带气旋云雨结构变化与气旋强度密切相关, 气旋强度滞后于系统对流过程的发展 。     

生态环境水、资源水与灾害水

水与人类的生存与发展息息相关，然而人类在开发利用水资源时，只考虑人的需求，肆意地开采和排污，大量挤占生态环境水，不仅破坏了水资源系统，而且造成生态系统严重失衡。同时，水又有其自身的运动和变化规律，在给人类提供有利条件的同时，又可能形成水灾，给人类的生命财产造成严重的损失。掌握生态环境水、资源水和灾害水的相互联系和相互转化，可有效保护生态环境，减少水灾害损失，保证水资源可持续利用。     

FY-2A与GMS-5红外通道遥感数据的辐射定标

该文通过辐射传输模拟计算和匹配数据统计分析实现了FY-2A和GMS-5红外通道间的辐射定标.以辐射定标为基础将FY-2A红外通道和GMS-5红外A通道的遥感资料融合应用, 可以得到时间分辨率更高、空间视野更为广阔的静止卫星遥感资料.     

用PR资料分析热带气旋卡特里娜降水特征

利用TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) 卫星降水雷达 (Precipitation Radar,PR) 资料对2005年8月发生在墨西哥湾的热带气旋卡特里娜 (Katrina) 初生、发展和变性3个阶段的层状云和对流云的近地面降水和降水垂直廓线进行分析。结果表明:在热带气旋的整个生命期,对流性降水个数约是层状云降水个数的四分之一;随着气旋的发展,对流性和层状云降水的平均强度逐渐增强, 在登陆前有所减弱,登陆后对流性降水和总平均降水均增强,层状云降水稍有减弱;大部分降水廓线都随高度升高均呈现先略增大 (到4 km高度)、再减小的趋势,在6~7 km处由于冻结层的存在使得降水达到最小值。