星载微波辐射计反演洋面非降水云区水汽总量的研究

针对AMSR-E的特点,采用物理统计方法,对洋面非降水云区水汽总量(V)的反演进行了模拟研究,并用实测亮温数据对反演算式进行了初步验证。主要结果有:①为了有效解决亮温随V值增加而趋于饱和的问题,采用多元线性回归方法,研究比较了算式中不同亮温函数形式的效果,结果表明,在反演算式中采用ln(T0-TB)形式有更好的回归和反演效果,但这种形式不太适合于V值偏大的情况;②采用逐步回归方法,对各通道不同亮温函数形式的回归因子进行了比较分析,引进了对因变量作用最显著的6个因子,生成了新的反演算式,并且对应于不同V值均有较好的回归和反演效果;③可以根据V值大小的变化分段采用以上两种方法生成的反演算式,实际反演的结果与业务产品基本符合。     

用SSM/I微波遥感图像分析海上台风的螺旋云带

文中介绍了美国国防气象卫星专用微波成像仪 (SSM /I)上各通道的特性 ,分析了大气中各种粒子 (尤其是云滴和降水滴 )对各通道辐射的吸收和散射效应。通过对SSM /I图像上台风单通道剖面、双通道散点图的分析 ,揭示了台风在微波图像上表现形式的内在物理原因。在此基础上 ,设计了一个降水指数 ,方法是 :将 85 .5GHz的吸收段对称拉伸到散射段的延长线上 ,然后求归一化后的 19.35 ,37.0GHz和经拉伸处理的 85 .5GHz图像 3者的平均值。 3个通道合成降水指数克服了 37.0GHz对大雨滴不敏感 ,和 85 .5GHz对中等大小雨滴不敏感的缺点 ,比原始单通道微波图像更清楚地显示了台风的螺旋云带结构     

利用SSM/I数据判识我国及周边地区雪盖

积雪参数是气候学和水文学研究中所需的重要物理量, 确保积雪参数测定的准确性与及时性对于气候学研究、水文应用以及防灾减灾都非常重要。利用微波数据可获取有云存在时的积雪覆盖图, 遥感雪深和雪水当量信息。采用微波数据判识雪盖并得到积雪状态 (干、湿) 信息, 不仅可以弥补利用光学遥感数据判识雪盖的不足之处, 而且也是利用微波数据反演雪深和雪水当量参数必需的先期工作。该文介绍利用SSM/I的多频双极化微波数据开展我国及周边地区积雪判识方法研究的结果。分析国外全球判识方法的雪盖判识结果指出, 国外算法易在青藏高原等地区将冻土误判为积雪, 造成雪盖面积的偏高估计。研究给出了在我国及周边地区 (17°~57°N, 65°~145°E) 利用SSM/I数据判识积雪的改进方法, 在完成积雪判识的同时还给出了雪深和积雪状态的定性信息, 与已有全球雪盖判识方法相比有较大改进, 大大减小了青藏高原等地区冻土对积雪判识的影响。     

遥感-测站相结合的动态雪深反演方法初探

该文结合2000年专用传感器微波成像仪(SSM/I)的亮温数据和我国观测站雪深资料,提出了一种遥感-测站相结合的动态雪深反演方法,试图用统计关系的时空动态化方案克服理论上亮温与不同类型积雪之间物理关系的复杂性,从而提高测站稀疏区和雪盖边缘区的雪深反演精度。其最大特点在于反演系数并不固定,而随时间和空间变化,较好地改善了单一系数反演方法中积雪物理性质的区域性差异和时间(季节)性差异带来的反演误差。初步分析表明:这种遥感-测站相结合的反演方法所得的积雪空间分布连续性好,在雪盖边缘区和站点稀疏区也能得到较合理的雪深数据;与静态遥感反演法和可见光雪盖面积相比,这种方法克服了它们在华北和华中低估雪盖面积的缺点,积雪面积分布更接近真实场,对西部积雪分布的反演也有一定改善。     

SSM/I资料反演大范围地表湿度试验

利用SSM/ I遥感数据, 结合2002年汛期“973”外场观测资料及T106资料, 借助微波辐射传输正演模型, 通过物理反演原理提取SSM/ I低频19 GHz通道像元平均地表微波比辐射率, 然后利用地表微波辐射模型, 估算SSM/ I像元的地表湿度信息。以2002年8月中旬发生在长江流域的暴雨天气过程为例, 将反演得到的地表湿度信息与地面观测到的降水信息进行对比分析, 并与地面的洪涝特征进行对比分析, 得到了与地面降水观测结果较为一致的对比结果。     

星载被动微波资料（SSM/I）在2008年南方冰雪灾害监测中的应用试验

2008年1月中旬至2月初,我国南方出现了罕见的大范围低温雨雪冰冻天气灾害.南方地区地面积雪的覆盖范围等灾害信息对于气象公共服务、决策服务都有着十分重要的意义.目前国内外开展的被动微波积雪研究,多关注高纬度、极地地区或高原地区的干雪状况,薄雪、湿雪的判识问题较少有人触及.而我国冰冻灾害期间,南方地区由于处于较低纬度带,昼夜温度在0℃上下起伏,雨、雪、雨夹雪天气的轮替,地面积雪恰恰多为湿雪、薄雪.积雪雪层由于液态水的存在将大大改变观测辐射信号,雪内少量液态水就能导致微波亮温值急剧上升.利用南方地区积雪冻融变化时微波亮温昼夜之间的差异变化,使用被动微波数据(DMSP-SSM/I)建立了对低纬度南方地区积雪监测的一种补充方法,结合其他积雪产品,可以获得更加完整的低纬度地区积雪分布信息.     

洋面云液态水的星载被动微波仪器遥感反演研究进展

星载可见光/红外仪器因其波长缺乏穿透云的能力,只能观测到云顶及其下部有限深度的信息,而星载被动微波仪器则因其波长较长,具有穿透云的能力而能获得云体信息,因此星载被动微波仪器较可见光/红外仪器观测云和降水更具有优势.自20世纪70年代末至今,美国投入了大量星载被动微波仪器,服务于天气预报等领域,促进了云和降水等参数的被动...     

地基微波遥感大气水汽总量的普适性回归反演

本文利用不同季节、经纬度和海拔高度的历史探空资料为样本,用回归分析和岭回归分析相结合建立了适用于全球各地的双波长地基微波辐射计遥感晴空大气水汽总量的回归方程.多种数值检验表明,所提出的反演关系式的精度较高能提供实际应用.同时,将20.6和31.65GHz及22.2和35.0GHz两组频率对的结果作了比较.     

基于风云三号气象卫星微波亮温资料反演东北地区土壤湿度及其对比分析

土壤湿度在陆面过程中发挥着重要作用,是联系陆地水循环和能量循环的纽带和关键环节。遥感技术可以实时地对土壤湿度进行长期、大区域动态监测,已成为监测土壤湿度的有效手段。本文基于风云三号气象卫星（FY3B）微波亮温资料,利用基于微波能量辐射传输方程的陆面参数反演模型（LPRM）反演了中国东北地区的土壤湿度（FY3B_LPRM）。把反演获得的FY3BLRPM土壤湿度与中国气象局农业气象站土壤湿度观测资料、NCEP和ERA-Interim土壤湿度再分析资料、欧洲空间局多卫星融合ECV（Essential Climate Variable）土壤湿度产品和国家卫星气象中心FY3B官方土壤湿度产品（FY3B_offical）进行了对比分析。结果表明:（1）本文反演的FY3B土壤湿度与农业气象站观测资料有较高的一致性;卫星土壤湿度整体上呈现自西向东逐渐增加的空间变化,与农业气象站观测资料较为一致;在季节变化上,两者高度相关,在大部分地区的相关系数都达到0.7以上。（2）在大兴安岭和东北三省东部等地表相对湿润的地区,FY3B_LPRM土壤湿度与NCEP、ERA-Interim和FY3B_offical土壤湿度呈现较强的负相关;再分析资料和FY3B_offical土壤湿度均无法反映该地区土壤干湿状况的季节性变化,甚至与观测资料呈反位相变化特征。FY3B_LPRM土壤湿度与欧洲空间局研发的多卫星融合ECV土壤湿度产品在绝大多数地区有较好的一致性。本文基于风云三号极轨气象卫星微波亮温反演的土壤湿度资料,可用于干旱监测、数值同化与天气预报、水文水资源等领域。     

基于地基微波辐射计反演四川盆地水汽及云液态水的初步分析

利用2016年12月1日～2017年11月30日,地基微波辐射计、L波段探空资料和地面常规气象资料,对四川盆地的水汽和云液态水进行了初步分析。结果表明：(1)探空与微波辐射计反演的水汽含量差值为0.558cm,相关系数为0.787,且通过了α=0.01显著性检验,微波辐射计反演的水汽含量是可信的。(2)基于地基微波辐射计分析四川盆地水汽和云液态水含量的变化特征,可以得出,夏季水汽含量最多,秋季云液态水含量最多;最大值出现在夜晚,最小值出现在白天,夜晚值大于白天。水汽含量和云液态水含量最大值和最小值时间间隔秋季最长(均为16小时),冬季最短(分别为9小时、10小时);水汽含量日较差在秋季最大(1.096cm),冬季最小(0.489cm),云液态水含量日较差在夏季最大(0.908mm),冬季最小(0.311mm)。水汽含量与降水、温度的月变化特征为显著性正相关,相关系数分别为0.842和0.915;与温度日变化特征在春、秋季的11:00～次日01:00为显著性正相关,白天相关性大于夜晚,在夏季01:00～13:00为显著性负相关,日出前相关性最高。(3)水汽和云液态水含量在降水过程开始前1～2h有明显的波动上升,降水结束后,水汽和云液态水含量迅速减少,水汽和云液态水的变化特征对降水天气的预报具有指示意义。     

西太平洋热带海域的水汽和云的变化特性

本文依据1987年9—11月西太平洋热带海域海洋大气综合考察中双波长微波辐射计观测系统和红外窗区辐射计所得到的观测资料,分析研究了考察海域的水汽和云的变化特性,得到了一些有意义的结果。双波长微波辐射计观测系统可以获得水汽场的动态变化和云中液态水的演变;西太平洋海域的个例显示出辐合区的垂直气柱水汽含量比非辐合区的明显大的特征;用红外亮度温度可以近似估计晴空大气垂直气柱水汽含量。     

用GMS5卫星反演水汽场分析中国西北地区大气水汽分布的气候特征

卫星遥感资料具有反演大气水汽含量的能力.由于山区降水一般随高度增加,而海拔高的地区大气柱的厚度比海拔低的地区薄,整层水汽含量少,使得大气总水汽含量与降水的分布在复杂地形情况下不吻合.为此,引入用卫星反演的单位大气柱水汽含量,较好地反映了降水的空间分布特征.分析结果表明,在云水条件上,西北地区东部具备了较好的实施人工增雨(雪)的条件,尤其在春、夏季,实施人工增雨(雪)的云水条件更加优越.     

高原低涡东移过程的水汽图像

通过对1998年8月3-5日水汽图像分析发现；（1）对流层中，上部水汽涡旋的出现，东移、消失对高原低涡的形成，东移、消失有指示意义。（2）与高原低涡相伴的水汽涡旋的东移，变化与贝加尔湖东南部低压所伴有的气旋水汽带的东移，变化是密切相关的，（3）高原低涡的形成与印度洋，阿拉伯海，印度有大范围强水汽向东北输送到高原有关，在向北输送的水汽减弱时，青藏高原地形对水汽输送的屏障作用是明显的。     

DIAGNOSIS OF TYPHOON SPIRAL CLOUD BAND AT SEA WITH SSM/I IMAGE

This paper describes the characteristics of the Special Sensor Microwave/Imager (SSM/I) onboard the Defense Meteorological Satellite Program (DMSP),analyzes absorbing,re-emitting and scattering effects of the atmospheric particles (especially cloud particles and rain drops).The inner physical cause of typhoon's representative form on microwave images is revealed.An index of particle size is then induced as such:Symmetrically inverse channel 85H's (85H is an abbreviation for channel 85.5 GHz in horizontal polarization,see Table 1 in the text.) absorption segment and put it into the extension of the scattering segment.The precipitation index was formed as the average of three elements:normalized 19H,normalized 37H,and inversed normalized 85H.It is approved that the image of particle size index overcomes some shortcomings of the single raw channel,such as:37H is not sensitive to large rain drops,85H is not sensitive to mid-size rain drops and can reveal typhoon's spiral structure more clearly.     

静止气象卫星水汽图像的分析和应用（一)

长期多次人工增雨试验及探测证明,水汽条件是人工影响天气最主要的基础条件。利用近期开通的GMS-5静止卫星6.7 μm通道提供的水汽图像,并结合常规天气资料、卫星云图等,对黑龙江省1995年7月的3次暴雨过程进行了初步分析。发现在水汽图像上,3次暴雨对应3种不同的类型。并对其中7月25～27日具有明显水汽输送带的持续性暴雨作了综合分析。该水汽图像给出了这次典型气旋发展阶段暖区水汽输送带的清晰直观图像,得到了水汽输送带的宽度和长度数据,并分析了它的温湿结构,估算了暖锋段降水的降水效率。另外,分析了云物理特征及     

夏季不同源地水汽对我国西北区降水影响的数值模拟(Ⅰ): 模拟试验方案及对照试验结果

为客观地检验夏季不同源区水汽对我国西北区降水影响的相对重要性, 在本文中我们划分了东南沿海、 孟加拉湾、 青藏高原及西风带等水汽源区, 选择了西北区全区性湿月1979年7月, 利用NCAR MM5中尺度模式和NCEP再分析值资料作初、 侧边界条件, 对该月分别执行了检验模式性能的对照试验及检验减、 增各源区水汽影响的敏感性试验等共13个试验。文章上篇的主要结果如下： （1）两对照试验为传统的仅月初给定初始场, 连续积分全月的连续积分试验（CONA）及每5天更新初始场, 分6段接力式完成全月积分的分段积分试验（CONB）。（2）两对照试验虽都较好地再现了该月亚洲中、 高纬度较平直的月平均西风环流, 但CONB试验更好地再现了该月淮河－川西半环状多雨带及江南、 华南、 以及西北区少雨的降水分布格局, 还令人鼓舞地捕捉了该月西北区东南部的各次降水过程, 即MM5模式对该月形势和降水的模拟性能较好, 因而其下篇分别减、增不同源区水汽影响的敏感性试验结果也是可信的.（3）对某天气气候事件的事后较长时间的模拟, 采用分段积分模拟方案, 可部分提高模式的模拟效果。     

GPS遥感区域大气水汽总量研究回顾与展望

20世纪90年代以来，GPS气象学迅速发展成为一个前沿性、多学科交叉的研究领域，利用GPS技术探测大气水汽含量的研究取得了很大进展，有望在未来大气探测、天气预报和气候变化的研究和业务工作中发挥重要作用。文章论述了利用GPS遥感大气水汽总量的气象学意义，比较了该技术相对于其它探测方法的特点和优势，简介了GPS遥感大气水汽总量的类型以及地基GPS气象学的基本原理，对国内外近10年来在应用地基GPS技术遥感大气水汽总量方面取得的主要成果、应用现状及未来发展趋势做了综合性评述。最后，分析了该技术目前存在的主要问题。     

地基GPS遥感观测安徽地区水汽特征

对2002年6～7月安徽地区肥西、桐城、寿县、无为、芜湖、滁州6个GPS观测站的数据，结合相应的地面温度、气压等气象数据反演了时间间隔为30min连续变化的水汽总量。这一解算结果由解算方法分析达到1～2mm量级精度，达到了数值天气预报和气候研究的要求。利用这些资料，分析了上述地区水汽变化特征。单站水汽的持续积累和源源不断的水汽输送是强降水系统发生发展的必要条件，为了研究水汽来源及水汽量的大小，结合NCEP资料计算了一次强降雨过程中水汽通量值。