基于微波成像仪资料反演陆面降水

为了探讨微波亮温与降水的关系,结合时空匹配较好的TRMM卫星测雨雷达(PR)、微波成像仪(TMI)资料,用逐步回归方法,建立统计反演降水的新算式,并对新算式反演结果进行验证.结果表明:对0.1～3 mm/h和3～6 mm/h的降水来说.新算式反演结果与PR雷达反演降水相关较好;对6～10 mm/h的降水来说,新算式反演结果与PR雷达反演降水相关较差;对于大于10 mm/h的降水,新算式反演结果与PR雷达反演降水有较好的相关性,但均方根误差比较大,说明用这种方法反演降水,对于强降水中心的确定有很好的参考价值,但反演结果较实际偏小.通过对2004年7月18日发生的一次特大降水反演结果表明,卫星反演雨带的空间分布、强降水中心位置与PR雷达反演降水以及地基雷达反演降水基本一致.     

TRMM卫星微波成像仪资料的陆面降水反演

为了探讨微波亮温与降水的关系,用TRMM卫星上微波降水雷达PR、微波辐射计TMI资料和973资料组提供的2002年6～7月120站的每小时自记降水记录,采用逐步回归方法,反演陆面降水.通过资料匹配分析显示,由于时空匹配问题,站点降水与微波辐射计亮温及亮温的组合因子的相关性并不高,明显低于TRMM卫星的测雨雷达PR与微波辐射计亮温及其组合因子的相关程度,因此仅用微波亮温和站点降水难以建立较好的反演算式.结合时空匹配较好的TRMM卫星降水雷达PR、微波辐射计TMI资料,建立新的算式,并且和其它算式进行比较.就反演降水结果而言,新算式比原有算式有一定改善,但对6～10 mm/h的降水来说,新算式与原有算式反演结果都较差.     

PCT-SI综合指数法反演陆面雨强

利用TRMM微波成像仪(TMI)数据,采用极化订正温度及散射指数综合指数法(PCT-SI),反演赣州及周边地区2011年11月9日雨强,与同时期的PR星载雷达测雨资料进行对比分析,并用赣州地区47个地面站点的小时降雨对反演结果进行了验证。结果表明:采用K-均值法分类并判别降雨区,可以较好地确定降雨区的范围;TMI各通道亮温与对应时空匹配PR雨强的相关系数不同,利用低频组合拟合85 Hz通道亮温来求得大气散射指数,散射指数越大,雨强越大;PCT-SI综合指数法反演的降水中心的降水强度明显偏小,降水范围扩大,但其反演的雨强与PR反演的雨强基本一致,与地面实际雨量站点雨强相关系数为0.784,表明采用PCT-SI综合指数法反演陆面雨强是合理可信的。     

利用气象资料计算陆面实际蒸发量

陆面蒸发量可以根据水量平衡原理用降水量减径流量计算得出,或者在测得或间接算出土壤含水量后用蒸发模式加以计算.本文目的在于探讨不涉及径流和土壤含水量资料,仅用一般气象观测资料来计算陆面蒸发量的方法.     

AMSR-E卫星资料陆面干扰的气候特征分析

先进微波辐射计(AMSR-E)的低频特性使其更容易受到无线电频率干扰(RFI),本文首先对比了谱差法和双主成分分析(Double Principal Component Analysis,DPCA)方法这两种RFI识别算法的差异,验证了DPCA方法的适用性,然后选用DPCA方法对2002年9月—2011年9月AMSR-E陆面升轨亮温月平均数据中的RFI进行识别,并分析其多年变化特征。DPCA方法可以有效地识别出AMSR-E全球范围内陆地亮温数据中的RFI分布情况。识别结果显示:1)C波段中的RFI主要分布在美国、东亚及印度—阿拉伯半岛地区;X波段主要分布在欧洲及东亚地区。2)各区域的RFI空间位置及强度随时间会发生变化,其原因可能是由于基础设施及使用无线电频谱的变化造成。3)不同区域月平均亮温数据中识别出的RFI信号数量存在季节变化,并且C波段中识别出的RFI数量随时间减少,X波段中随时间增加。     

我国利用MODIS数据反演陆面温度的研究进展

陆面温度(LST)是区域和全球尺度地表物理过程中的一个和能量交换的重要参数.因精确反演LST具有一定的难度,因此反演LST成为当今研究的热点之一.现较详尽地介绍目前常用的利用MODIS数据反演LST的算法推广的分裂窗算法,白天/夜间LST算法、单窗算法,并阐述了各种算法的研究概况,并针对其研究进展情况进行讨论分析,提出相应观点.     

我国利用MODIS数据反演陆面温度的研究进展

陆面温度（LST）是区域和全球尺度地表物理过程中的一个关键因子，亦是研究地表和大气之间物质交换和能量交换的重要参数。因精确反演LST具有一定的难度，因此反演LST成为当今研究的热点之一。现较详尽地介绍目前常用的利用MODIS数据反演LST的算法：推广的分裂窗算法，白天／夜间LST算法、单窗算法，并阐述了各种算法的研究概况，并针对其研究进展情况进行讨论分析，提出相应观点。     

COSMIC掩星反演大气温湿资料的质量特征分析

针对COSMIC(Constellation Observation System of Meteorology Ionosphere and Climate)掩星反演的大气温度和水汽压二级资料,利用常规探空观测和NCEP(National Centers for Environmental Prediction)分析资料分别进行质量检验分析,以揭示反演资料质量的海陆差异、随纬度和高度变化等三维空间特征。结果显示:我国区域反演资料的温度略低于探空观测与NCEP分析资料,温度与水汽压相对于检验资料的均方根误差较小;全球范围内,反演大气温湿资料的质量随高度和纬度的不同而存在明显差异,而且海洋和陆地上质量的水平和垂直分布特征也存在显著不同。总体上看,COSMIC反演大气温湿资料具有良好的可靠性与精确度,可作为我国数值预报资料同化的新资料,反演温湿资料的质量特征也可为COSMIC资料同化的质量控制和垂直稀疏化方案的设计提供科学依据。     

基于遥感资料的陆面水循环模拟及检验

利用遥感资料和10年逐日气象资料,采用逐步插值方法(SIA),修改VIC-3L(Three-Layer Variable Infiltrat1on Capacity hydrological model)模式中多种覆盖类型蒸发的计算方法,计算植被对地表水循环的贡献.模拟地处南水北调工程水源区的褒河(陕南汉江支流)流域地表水的空间分布,将应用遥感资料与<中国资源环境数据库>资料的模拟结果进行比较,并用实测资料进行检验,结果表明:(1)有效的气候要素空间插值方法,是陆面水循环模拟的基础;(2)4 km分辨率DEM(Digital Elevation Model data)得到褒河流域的河网,与实际状况相吻合;(3)利用VIC-3L模拟褒河流域的陆面水文过程中,水分分量的分布合理,物理成因清晰,量值大小准确;(4)基于遥感资料模拟的地表水平衡分量的空间分布更为合理,尤其是改善了河流流量峰值的模拟;(5)遥感植被类型、叶面积指数较好地反映了实际地表覆盖状况和叶面积指数的季节变化情况.     

人工消(减)雨作业中卫星反演云特征参量变化

利用FY-2C静止卫星资料反演的云物理宏微观特征参数初步分析了北京2008年奥运会开幕式期间地面火箭消(减)雨作业的物理响应。对8月8日夜间作业较集中时段的云顶高度、液水路径和云粒子有效半径三个云参量的变化分析显示,地面大规模火箭作业对减弱或抑制云降水的形成和发展起到了一定作用。火箭作业及其携带入云的碘化银引晶作用,使作业区附近云顶高度明显下降,云体发展受到抑制;液水路径减少很多,表明空中云液水尤其是过冷水被大量转化。此外,过量引晶也促使作业区附近云粒子有效半径明显减小,不利于降水的形成。     

陆面过程研究的进展

文中首先阐述陆面过程研究的必要性和复杂性。然后，对陆面过程研究的任务和内容作了较详细的说明，进而对陆面过程研究的进展现状和未来发展方向作了讨论。     

ERA再分析陆面温度资料在浙江省的适用性

利用浙江省2016年71个气象台站观测的日平均气温和地表(0cm)温度资料对ERA再分析陆面温度资料的适用性进行了初步评估,通过计算2套再分析资料(ERA5和ERA-Interim)与观测资料之间的相关系数、平均偏差、平均绝对偏差、均方根误差和纳什效率系数等统计参数,综合评估了ERA再分析资料在浙江省的适用性。结果表明:①ERA2套再分析资料与观测值均较为接近,均能够较好地再现浙江省2m气温的时空分布特征且变化相关系数均高于0.98,日绝对偏差较小。②对于地表温度,2套再分析资料的适用性要差于气温,主要表现在2套再分析地表温度均低于观测值,且夏季的偏差显著大于其他季节,但绝大多数站点相关系数高于0.9,均方根误差高于2℃。总体来说,2套ERA再分析陆面温度资料对浙江省具有较好的适用性,ERA5整体上优于ERA-Interim,地表温度的改善更明显。     

三个陆面模式对新疆地区陆面过程模拟的对比研究

利用实测的大气观测数据建立陆面模式驱动场, 分别驱动Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme（BATS）, Land Surface Model（LSM）, Common Land Model（CoLM）三个陆面模式, 对新疆地区99个测站的陆面热力过程进行了off-line模拟研究, 对比分析了三个模式模拟结果的异同, 并利用观测的土壤温度检验了各个模式的模拟性能。结果表明： 三个模式对所吸收的太阳辐射、 地表感热通量、 地表潜热通量和Bowen比的模拟结果有明显差别, 其中CoLM模拟的太阳辐射、 感热通量和土壤温度比BATS和LSM大。用观测的土壤温度对三个模式模拟性能的检验表明 BATS模拟的土壤温度最接近观测值, 大约偏低1℃, 而LSM和CoLM的模拟结果偏高, CoLM模拟的年际变化趋势与观测值相关性达到0.877, 高于另外两个模式的模拟; BATS在天山以北模拟值偏低, CoLM在天山以南模拟结果偏高, LSM模拟的区域分布状况与实际观测最一致。这些结果为研究陆面模式在新疆地区的应用提供了一些参考, 对于深入了解新疆地区的陆面过程具有重要意义。     

LAPS云分析中卫星资料的应用及对GRAPES模式短时预报的影响

通过2013年5月16日广东暴雨个例,利用LAPS分析系统在GRAPES背景场的基础上融合了地面、探空、雷达和卫星资料,比较了LAPS分析系统是否融合卫星资料的云微物理变量(云水、雨水、云冰、云雪)差异;进一步对比讨论了模式提前6 h滚动预报与LAPS反演的云微物理变量的异同,在此基础上探讨了两者对模式降水预报的影响。结果发现,LAPS分析系统融合了卫星资料后,能较好地再现中尺度云团的形态和强度,且能减少一些云微物理变量(云水、云冰、云雪)的虚假中心,大值中心与强降水中心吻合较好;模式滚动预报与LAPS反演的云微物理变量水平和垂直分布差异较大,后者的分布形态基本与观测降水、雷达回波相似,大值中心与强降水中心吻合较好;从两者对模式降水预报的效果来看,LAPS分析的云微物理变量作为模式初始场中的云参数,能改善模式1 h的降水预报,而模式滚动预报的云微物理变量对模式降水预报基本没改善。      

陆面过程模式研究简评

主要总结了陆面过程模式的发展状况, 对一些国际间合作进行的计划、试验成果以及我国在这方面的研究情况加以介绍和评述, 最后给出陆面模拟研究中存在的难点、问题及可能的解决途径.     

陆面过程与天气研究

利用观测数据和最大熵增（Maximum Entropy Production,MEP）模型,估算了京津冀地区小汤山、顺义和武清3个站的地表感热通量和潜热通量。模型的输入量为地表净辐射、地表温度以及地表比湿,其中地表温度和地表比湿分别通过地表向上、向下长波辐射和相对湿度估算得到。将MEP模型计算结果与涡动相关（Eddy Covariance,EC）观测得到的感热通量和潜热通量进行比较,验证评估MEP模型。此外,将MEP模型计算结果与另一种简化计算方法（M20模型）以及7种再分析资料（NCEP1、NCEP2、MERRA2、ERA-5、ERA-Interim、JRA55、CRA）的日平均地表感热和潜热通量进行比较,对比分析它们在京津冀地区计算地表感热和潜热通量的准确度。结果表明：MEP模型计算的地表潜热通量和感热通量与涡动相关观测结果较为接近,具有相似的日变化、月变化和季变化特征。相比M20方法和再分析资料,MEP模型的计算结果与观测吻合得更好,具有更小的均方根误差和平均偏差。因此,最大熵增模型在京津冀地区计算地表热通量的准确度和可信度较高,在该地区具有较好的适用性。     

再分析资料和陆面数据同化资料土壤湿度产品在中国北方地区的适用性评估

土壤湿度是地球系统模拟的重要参数之一,准确获得其时空分布和变化特征是研究陆-气相互作用的基础。再分析资料和陆面数据同化资料均可提供全球或区域高分辨率土壤湿度产品,但在使用前需要对其进行评估分析。利用土壤湿度观测数据,计算ERA5、ERA5-Land、NCEP-DOE R2、CRA40再分析资料和GLDAS-Noah、GLDAS-CLSM、CLDAS陆面数据同化资料土壤湿度产品与观测数据的中位数、模拟偏差、相关系数等统计指标,并分季节和气候区讨论不同土壤湿度产品在中国北方地区的模拟效果。结果表明：整体来看,CRA40与观测值的相关性最好,ERA5和ERA5-Land分别对干中心、湿中心模拟效果更好,GLDAS-Noah对于较干土壤地区模拟略偏湿,CLDAS对较湿土壤地区模拟结果以系统性偏干为主,NCEP-DOE R2和GLDAS-CLSM模拟效果较差;ERA5、ERA5-Land、NCEP-DOE R2、GLDAS-Noah和CLDAS在所有季节均为模拟正偏差,春季模拟效果较好的是CRA40、ERA5-Land,夏季和秋季ERA5-Land、ERA5和CRA40与观测值相关性较好,不同产...     

从不同的陆面资料看城市化对北京强降水的影响

2004年7月10日,北京地区出现了一次强降水过程.该次过程主要是由中尺度对流云团的活动造成的,整个大环流形势给暴雨的发展提供了水汽条件.分析近地面的特征场发现,在降水发生前1-2 h,北京城区存在一个暖中心,其温度比周边地区高出2-3 ℃,存在明显的热岛现象.该城市热岛现象的出现,使得城区的气压相对较低,郊区有较冷空气向城区辐合,有利于城区产生上升运动,形成对流降水.另外,对该次过程的数值模拟结果表明,使用了最新的陆面资料的模拟结果明显好于没有使用最新的陆面资料的模拟结果.这在一定程度上说明了城市热岛效应对该次强降水具有一定的影响.     

远程教育系统中卫星小站的防雷电设计

分析了雷电引入卫星小站系统的途径,阐述了卫星小站系统的防雷电措施,提出了构筑完整防雷体系保护系统设备的方法。