FY2C/D卫星反演云特征参数与地面雨滴谱降水观测初步分析

云宏微观物理特征参数(简称“云参数”)是云和降水分析的重要依据,针对2020年6月27日发生在湖北的一次极端暴雨过程,选取风云四号A星(FY-4A)三个波段的原始数据及三种云参数产品与时空匹配的中分辨光谱成像仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)资料进行对比,结果表明：(1)相比MODIS的窄光谱,FY-4A卫星光谱响应函数的波段普遍较宽,二者在三个通道中心波段的位置上均存在一定的偏移。(2)从原始数据来看,两颗卫星平面分布模态较为一致,FY-4A可见光波段反射率总体上小于MODIS,相关系数为0.91,平均偏差为-0.07;FY-4A近红外波段反射率比MODIS偏大近40%,平均偏差为0.05,相关系数仅为0.42;FY-4A红外波段亮温略高于MODIS,平均偏差为3.7K,相关系数达0.93、线性拟合斜率接近1。(3)从云参数产品来看,FY-4A反演的云光学厚度(Cloud Optical Thickness,COT)小于MODIS,深厚密闭的云区差异明显,但相关性较好、二者的拟合呈非线性;与MODIS相比,FY-4A反演的云粒子有效半径(Cloud Effective Radius,CER)区间较窄,云顶温度(Cloud Top Temperature,CTT)略偏高、相关性最好。(4)随着雨强的增大,两颗卫星反演的COT、CER的偏差增大,CTT的偏差减小。

     

华北云特征参数与降水相关性的研究

利用河北省、河南省和山西省2013—2014年的每日10—15时逐时FY2E卫星反演得到的云结构特征参数和地面小时降水,统计分析了云顶高度、云顶温度、云光学厚度和云粒子有效半径等4类云结构特征参数与地面降水的关系。主要结论有:随着云光学厚度的增加,降水概率呈增加趋势。云光学厚度比其他云参数对降水更具有指示意义,当云光学厚度大于20时,降水概率显著增大。双参数、多参数组合下,对地面是否出现降水的判断和识别要优于单个云参数的判别结果。4类云参数中,云光学厚度与降水强度呈正相关关系,对降水强度的影响最为显著;云顶温度和云顶高度对降水强度的影响次之;云粒子有效半径与降水强度的关系不明显。地面降水时,当云光学厚度小于20或云光学厚度介于21—30、云顶温度大于-15℃时,出现小雨的概率最大;当云光学厚度介于21—30、云顶温度小于-15℃或云光学厚度大于30、云顶温度大于-30℃时,出现中雨的概率最大;当云光学厚度大于30、云顶温度小于-30℃时,出现大雨或暴雨的可能性最大。云光学厚度、云顶温度、云顶高度和云粒子有效半径等云结构特征参数组合使用,对判断降水概率和降水强度具有较好的指示作用。     

FY-2/D卫星反演的云特征参数与地面降水的相关分析

利用中国气象局人工影响天气中心研发的云参数卫星反演系统反演得到的产品,结合地面自动站观测资料,对2009年9月19—20日降水过程的云参数及地面雨量进行对比分析。结果发现:云顶高度、云顶温度、过冷层厚度和云光学厚度对本次降水过程指示性不强,而云粒子有效半径及云液水路径对降水有较好的指示作用,且云液水路径指示作用更强,二者的变化超前于地面降水30min到1h;云液水路径及云粒子有效半径大值区与地面雨量的大小呈正相关,云液水路径值大于400g.m-2及云粒子有效半径大于27μm区域与地面雨强中心位置基本一致。掌握云参数的演变规律,有助于监测、识别大范围人工影响天气作业条件和分析可播区。     

一次层状云降水空中地面雨滴谱特征观测研究

利用2010年5月27日,祁县、介休一次层状云降水过程中地面、空中观测的雨滴谱资料,分析了山西层状云降水过程中地面、空中雨滴谱特征,并对地面和空中雨滴谱进行比较。     

基于支持向量机和FY静止卫星云参数的降水预测技术

将支持向量机分类方法应用于降水与非降水的分类预测.选用FY静止卫星反演的云光学厚度、云顶温度、云顶高度、云有效粒子半径作为特征分量,以Micaps 1 h雨量资料作为是否降水的类别标签,建立预测降水与非降水的分类模型,针对安徽地区2008年5-11月资料进行分析.结果显示,降水类的预测准确率在40%～60%,非降水类的...     

用FY-2C/D卫星等综合观测资料反演云物理特性产品及检验

云的宏微观物理特性参数无论对天气、气候还是人工影响天气的研究和业务都有十分重要的应用价值.基于FY-2C/D静止卫星遥感观测,融合高空和地面等其它观测资料,研发了近10种云宏微观物理特性参数的反演技术方法,并实现业务化运行.简单介绍反演得到的云顶高度、云顶温度、云过冷层厚度、云暖层厚度、云底高度、云体厚度、云光学厚度、云粒子有效半径和云液水路径等近10种云宏微观物理参数产品的物理意义、反演技术方法和业务流程等;对主要云参数产品,利用最新获得的Cioudsat云卫星实测结果进行了对比检验和可用性分析;将反演产品同MODIS反演的同类产品进行对比分析,发现两者具有较好的一致性.     

一次河南省春季层状云降水的地面雨滴谱特征

2002年4月4-5日河南省出现了层状云降水天气，临颖、孟津两站进行了地面雨滴谱观测。通过对降水过程中两站的雨滴微物理参量和雨滴谱的对比分析，指出河南层状云降水的雨滴平均直径为10～mm，雨滴数密度为10^2个／m ^3，占雨滴总数较小的大雨滴对雨强的贡献较大。锋前暖区雨滴的平均直径比锋后冷区雨滴平均直径小，雨滴数密度比锋后冷区大，但冷区降水强度大于暖区。在层状云降水过程中，暖区雨滴谱型由宽谱双峰型演变为窄谱单峰型，冷区雨滴谱型由宽谱单峰型演变为窄谱单峰型。雨滴平均直径的起伏暖区要大于冷区，这与暖区中云系结构不均匀及云中对流有关。     

空中、地面雨滴谱特征的观测分析

利用1982年7月9日宁夏银川站的一次层状云降水过程中地面、空中观测的雨滴谱资料,分析了宁夏地区层状云降水过程中地面、空中的雨滴谱特征,并对地面和空中雨滴谱进行对比。结果表明：地面雨滴谱以指数型为主（61.9%）,空中雨滴谱以多峰型为主（86.4%）;对于空中、地面雨滴平均谱,Gamma分布拟合的相关系数更高;地面雨滴谱中小滴较多,空中雨滴谱中大滴较多,可能受到碰并、蒸发、破碎的共同影响。研究地面雷达反射率因子Z、雨水含量W、雨滴数浓度N与雨强I的关系,Z-I关系和W-I关系的相关性很好,而N-I、N0-I、λ-I关系的相关性不是很好。     

宁夏盛夏层状云降水雨滴谱特征分析

利用1982年7月在宁夏银川机场地面4次观测获取滴谱资料, 分析了宁夏夏季层状云雨滴的瞬时和平均谱及有关物理量的特征,总结出了层状云降水的一些主要特征.文中给出了4次降水的平均谱分布及谱参数的演变,进行了M-P分布的拟合分析,得出雨滴谱基本符合M-P分布.还分别建立了雷达反射率因子、雨强和雨水含量之间的相关关系,并分析了层状云降水的特点以及与积雨云、混合云的特征量进行对比,总结出三种降水的不同之处.     

FY-2C/D卫星微物理特性参数产品在地面降水分析中的应用

针对2007年7月14日和2008年8月16日发生在江淮地区的两次强降水天气过程,将FY-2C静止卫星的红外、近红外和可见光通道等多光谱数据反演得到的云液水路径产品与同时段地面观测的加密雨量资料进行对比,发现:云液水路径的大值区与强降水中心的位置基本一致,云液水路径的大小与地面雨量的大小呈现正相关关系.结果显示,卫星反演的云特征参数产品在地面降水分析方面具有可用性.     

利用FY-2C卫星数据反演云辐射特性

本文利用FY-2C静止卫星提供的可见光、中红外和热红外观测数据, 开展了水云光学厚度、粒子有效半径和云顶温度的云参数遥感探测理论和反演方法研究。基于FY-2C可见光、中红外(3.75 μm)与热红外(11 μm)通道辐射率对云光学厚度、 云滴有效半径、云顶温度辐射参数的敏感性分析, 提出三通道同时反演云的光学厚度、云滴有效半径及云顶温度的迭代方案; 通过个例分析进行了云参数反演试验, 并将结果与MODIS的云反演产品进行了对比, 最后对反演误差进行了分析。主要结论如下:(1) 个例反演得到的云参数与各通道探测数据有着较好的对应关系, 迭代计算标准偏差在允许的计算精度范围内(<0.89%), 反演结果具有合理性; (2) 通过与MODIS云反演产品的对比可以看到, 两者云光学厚度、云滴有效半径的均值和直方图分布都非常一致, 而MODIS的云顶温度比FY-2C反演值要高, 考虑到FY-2C的 11 μm通道测量的辐射值与MODIS相比偏小, 因此认为我们的反演方法与MODIS方法的精度是相当的。     

A Case Study of Impact of FY-2C Satellite Data in Cloud Analysis to Improve Short-Range Precipitation Forecast

Chinese FengYun-2C（FY-2C） satellite data were combined into the Local Analysis and Prediction System（LAPS） model to obtain three-dimensional cloud parameters and rain content. These parameters analyzed by LAPS were used to initialize the Global/Regional Assimilation and Prediction System model（GRAPES） in China to predict precipitation in a rainstorm case in the country. Three prediction experiments were conducted and were used to investigate the impacts of FY-2C satellite data on cloud analysis of LAPS and on short range precipitation forecasts. In the first experiment, the initial cloud fields was zero value. In the second, the initial cloud fields were cloud liquid water, cloud ice, and rain content derived from LAPS without combining the satellite data. In the third experiment, the initial cloud fields were cloud liquid water, cloud ice, and rain content derived from LAPS including satellite data. The results indicated that the FY-2C satellite data combination in LAPS can show more realistic cloud distributions, and the model simulation for precipitation in 1–6 h had certain improvements over that when satellite data and complex cloud analysis were not applied.     

基于卫星云参数的短时降水动态估测方法

利用实时FY-2静止气象卫星红外云图和区域中尺度地面自动监测网加密降水资料,通过对云图进行参数化处理,采用动态相关方法分析长波红外分裂窗双谱组合、长波红外水汽双谱组合、亮温面积等各类卫星云参数与不同级别降水强度的关系,寻找当时与降水强度的最佳相关云参数化因子建立短时降水动态估测模型,并利用实时最新降水估测模型对未来3 ...     

AREM模拟云参数与卫星观测的比较研究

数值模式模拟计算云量与卫星观测云量的定义不同, 难以进行定量比较, 从而限制了对云模拟误差的检验和修正.作者介绍了可把数值模式输出云参数转换成ISCCP卫星反演云参数的云模拟器, 并将其试用于AREM区域模式中, 定量分析了模拟云参数和ISCCP反演云参数的差异.结果表明, AREM模式可以再现中国东部冬季云的基本分布特征, 但与观测相比, 四川地区云量模拟偏大20%, 华东地区则偏小20%左右, 云量中心的云顶高度比ISCCP反演值偏低一个高度段, 云光学厚度偏大一个厚度段.模拟与观测云参数的定量比较, 为评估和改进模式性能提供了依据.     

利用FY-2F快速扫描资料分析对流初生阶段的云顶物理量特征

基于FY-2F静止气象卫星提供的2015年5—9月的高分辨率数据,通过温度阈值法识别出深、浅对流后,分析和比较了深、浅对流在对流初生(convective initiation,CI)至发展阶段中云顶高度、云顶快速降温率(cloud top cooling rate,CTC)以及多通道差值等云顶物理量特征的变化异同。结果表明:深、浅对流在CI阶段的云顶物理量特征具有相似变化特征,即云顶高度均在短时间内快速上升,CTC值均先减小后增大;深、浅对流差异表现为深(浅)对流云顶上升高度能(不能)超越水汽层高度;深对流CTC最低值较浅对流CTC最低值更低。基于CI阶段深、浅对流的CTC最低值的差异,通过个例验证,表明利用深、浅对流CTC最低值的差异,可以在识别出CI的基础,判断出CI是否发展成为深对流,从而能提前做出预警。     

卫星云参数与飞机云物理探测对比研究和飞行方案设计

开展卫星反演云特性参数与飞机观测的对比研究,对于更好地发挥卫星遥感观测在天气、云物理和人工影响天气方面的探测优势具有重要意义。选取2012年9月21日一次层状云降水过程,对比分析FY-2与MODIS反演云参数及飞机观测结果,探索了飞机检验卫星云参数的飞行方案。结果表明:FY-2反演云参数演变趋势与飞机观测结果有较好的一致性;FY-2反演有效粒子半径(Effective Radius,Re)和光学厚度(τ)与MODIS反演的Re和τ间相关性较好,但此个例FY-2反演值普遍小于MODIS反演值;探测区域FY-2反演Re频率分布与飞机观测Re分布有一定差异,FY-2反演Re偏小,MODIS反演Re频率分布与飞机观测结果更为接近;飞机观测计算得到的τ和液水路径值(Liquid WaterPath,LWP)与卫星反演τ和LWP差异较大,FY-2反演值明显偏小。对于Re的检验,飞机最好在Re分布不大均匀的云顶作较长距离平飞观测;对于LWP和τ等垂直积分参量的检验,飞机最好选择在光学厚度较均匀的小区域内螺旋爬升至云顶之上,再自云顶向下至最低高度进行垂直观测。