基于CloudSat、FY-2E资料的中国海域及周边地区深对流和穿透性对流特征

深对流在地-气系统的物质和能量交换中起着至关重要的作用,伴随而来的暴雨、雷电、冰雹等天气会对人类社会产生影响。利用CloudSat/CALIPSO和FY-2E卫星观测数据,研究了中国海域及周边地区非穿透性对流（DCwo）及穿透性对流（CO）的海-陆分布、云顶红外亮温和云团特征（包括对流系统（CS）和对流单体（CC）的面积、活跃性对流比、偏心率、最低亮温、平均亮温梯度）。结果发现:穿透性对流比非穿透性对流的云顶红外亮温更低,垂直高度上的雷达反射率更高;从发生次数来看,非穿透性对流/穿透性对流在海洋比陆地多,低纬度比高纬度多,夏季比其他季节多,冬季海陆差异最大;从云顶亮温的分布来看,海洋比陆地、穿透性对流比非穿透性对流集中分布区间的亮温值更低,穿透性对流的分布区间比非穿透性对流集中;从云团特征来看,对流系统/对流单体的发生频率随面积的增大而降低,穿透性对流比非穿透性对流、海洋比陆地更容易出现较大面积的对流系统/对流单体,海洋穿透性对流的活跃性对流比相对较高;偏心率在0.5以上的发生频率较高,对流系统形状更偏向于圆形,在海洋上更加明显;穿透性对流在海陆上的最低亮温集中分布区间为190-195 K,比非穿透性对流的分布更集中,平均亮温梯度在0.1 K/km以下的发生频率较高。      

FY-2卫星反演的云顶高度与多普勒雷达回波顶高的关系初探

对主要用FY-2C/D卫星并融合其他观测资料反演的云顶高度与多普勒雷达回波顶高的关系作了初步探讨。通过对20个主要由积层混合云和层状云造成的降水个例总数万个样本的统计分析表明,卫星反演云顶高与SA型号雷达回波顶高存在较好的正相关关系,两者的关系对组合反射率因子的大小不敏感。卫星反演云顶高与小于18 dBz反射率因子对应的回波顶高比与18 dBz回波顶高更接近,这主要是由于FY-2C/D卫星和SA型号雷达探测和反演的原理不同造成,卫星云顶高反映的是积层混合云和层状云顶部云粒子的辐射特性,而回波顶高体现的主要是云中下部较大降水粒子对雷达电磁波的衰减。     

基于FY-4A卫星资料的四川盆地MCC初生和成熟阶段特征

利用高频次FY-4A数据资料,研究了四川盆地2018年中尺度对流复合体MCC(mesoscale convectivecomplex)初生和成熟阶段的卫星云图特征.结果表明,MCC对流云团面积在初生阶段和成熟阶段分别以0～50 pixels(15 min)-1和150～200 pixels(15 min)-1的速率增长...     

FY-2C静止气象卫星资料对不透明云云顶气压的反演研究

采用红外窗区通道法尝试对FY-2C静止气象卫星图像上的不透明云的云顶气压进行反演,并结合MODIS反演产品和CloudSat/CPR雷达探测产品对反演结果进行对比分析。结果表明:（1） 对于厚实密蔽的云层,不透明云云顶气压的反演结果与MODIS反演结果一致性较好,特别是对于发展较强的对流云和厚实密蔽的多层云,易满足云层比辐射率近似为1的条件,可近似看作黑体;（2） 对于单层云和光学厚度不够厚的云层,反演结果更接近辐射中心,尤其是对于锋面云带暖水云上空覆盖卷云的情况,由于FY-2C对于薄卷云的检测不如MODIS细致,导致反演结果与MODIS和CloudSat存在一定偏差。      

利用探空资料统计分析巴彦淖尔市冰雹过程的物理量特征

为了提高巴彦淖尔市冰雹天气的预报预警能力,利用探空资料分别计算了对流有效位能、K指数、沙氏指数、抬升指数、强天气威胁指数和总指数等物理参数,并且对巴彦淖尔市的冰雹、雷暴和稳定降水进行分类分析,结合统计学方法分析各物理参数与冰雹预报之间的相互联系,归纳出适合于巴彦淖尔市冰雹潜势预报的探空指标。结果表明:探空资料反演的众多物理量中,CAPE值和强天气威胁指数对冰雹的预报意义不大,K指数、沙氏指数、抬升指数和总指数对冰雹、雷暴和稳定性降水的区分有很好的指示意义。对巴彦淖尔市不同天气过程中的物理量分析发现,K指数在34℃以上时,发生强冰雹的可能性较大;沙氏指数在-2℃以下时,较大可能性发生强冰雹;抬升指数在-1.5℃以下时,发生强冰雹的可能性较大;总指数在50℃以上时,发生强冰雹和中冰雹的可能性较大。     

FY 2F卫星和毫米波云雷达云高观测的个例对比分析

风云二号静止卫星上装载有可见光、水汽、中长波红外等探测通道,其中红外通道资料可提供卫星云顶温度数据。基于FY-2F静止卫星云顶温度资料,结合局地实时探空数据对北京南郊和朝阳站点上空云层进行云高反演,并展开与地基毫米波云雷达探测云顶高关系的对比,分析3种不同云厚(薄云、适中、厚云)条件下的云高观测结果。研究结果表明,二者云顶高匹配度受几何云厚的影响,其吻合度呈现出厚云最佳,薄云最差的特征。     

利用FY-2C静止卫星资料反演云粒子有效半径的试验研究

为充分发挥FY-2C静止卫星在人工影响天气和气候领域的重要作用，基于SBDART辐射传输模式，利用该卫星通道4（3．5～4．0μm）的探测数据，反演了云粒子有效半径，并与TERRA上MODIS的相应产品做了比较。结果表明，FY-2C和MODIS资料能一致地反映云粒子有效半径分布的主要特征，但反演的粒子大小存在差异。反演算法、卫星分辨率及选取通道的不同可能是造成两种资料间差异的主要原因。     

FY-2C卫星资料在热带风暴“范斯高”预报分析中的应用

运用FY-2C卫星云图及其相关定量资料TBB,对热带风暴"范斯高"的强度、路径及降水进行了综合分析,归纳出"范斯高"发生发展中云系的一些特征,从而判断其强度变化和移动方向;在降水方面,黑体亮温(TBB)场和降水量有很好的对应关系,TBB场清晰地揭示了"范斯高"的降水分布特征,即五指山以北出现强降水,其中西部最强,而南部降水较弱。     

四川区域FY-2F卫星和探空相对湿度数据的对比分析

在下垫面相对比较复杂的四川区域,为了解风云二号F(FY-2F)卫星相对湿度产品的可靠性,利用2013~2017年加密观测期间研究区内11个加密观测站点探空探测资料与FY-2F卫星湿度产品进行对比分析,给出了FY-2F卫星相对湿度产品的分析结果,并从偏差统计、相关系数统计等方面对比分析了二者数据间的差异。结果显示:FY-2F卫星湿度产品整体数值小于探空湿度,和探空数据间的相关系数区间为-0.16~0.64;相对偏差区间为-1.65~-0.19;相关系数变化趋势均随气压层高度变化呈线性变化趋势;FY-2F卫星产品的可靠性随着高度升高而升高。      

利用FY-3星载微波资料对热带气旋云系和暖核特征的分析

介绍了中国FY-3系列卫星搭载的微波遥感仪器性能特点,以“1109”超强台风“梅花”为研究个例.通过微波湿度计单通道微波图像和微波成像仪双极化通道散点图,分析了台风云系中云雨粒子对遥感通道辐射的吸收和散射效应,揭示了台风在微波图像上表现形式的内在物理原因.利用微波向量辐射传输模式的模拟表明:微波温度计各氧气吸收通道对热带气旋系统水汽和水凝物含量变化的敏感性不大.因此,可利用权重函数峰值位于对流层中上层的通道3,探测出台风暖核辐射信息.根据两者相匹配的5个较理想时次数据,选取距“梅花”中心400 km范围为研究区域,并提出用于修正扫描点分辨率不均匀所带来取样偏差的方法,分别计算出订正临边效应后的暖核强度,发现它同表征台风强度的中心海平面气压变化趋势相一致.     

FY-2C高时间分辨率扫描数据在强对流云团监测中的应用研究

利用我国首次获取的静止气象卫星平均10 分钟观测间隔的高时间分辨率数据对2011 年6 月28 日～29日发生的一次强对流云团特征进行分析。Hovm?ller 分析图清晰地展示出在高时间分辨率观测条件下云团中心冷核的演变特征。高时间分辨率卫星资料与地面降水量进行联合分析,可推知对流云团中冷核的演变与地面小时降水量大值的落区间有很好的一致性;10 分钟雨量资料联合前推1 小时内7 次平均10 分钟观测间隔的卫星红外1通道亮温,分析可知地面雨量较大时,云顶像元亮温具有持续降低或维持低温状态的特点。反映出在对流性强降水中,冷且具有一定稳定性的云顶是产生大降水的主要特征。研究结果显示,静止气象卫星的高时间分辨率观测可很好地捕捉到强对流云团发展的演变特征,利用FY-2C 静止气象卫星红外1 通道亮温、红外1 通道与水汽通道亮温差在高时间分辨率观测中的时差特征变量,可实现对强对流云团初生的有效监测,为强对流云团的预测预报提供支撑。     

Using Satellite Data to Analyze the Initiation and Evolution of Deep Convective Clouds

In this study, two deep convective cloud cases were analyzed in detail to study their initiation and evolution. In both cases, all deep convective clouds were positioned at the rear of the cold front cloud bands and propagated backward. Satellite data showed that prior to initiation of the deep convective clouds, thermodynamic and moist conditions were favorable for their formation. In the morning, a deep convective cloud at the rear of cold front cloud band propagated backward, the outflow boundary of which created favorable conditions for initiation. An additional deep convective cloud cluster moved in from the west and interacted with the outflow boundary to develop a mesoscale convective system（MCS） with large, ellipse-shaped deep convective clouds that brought strong rainfall. The initiation and evolution of these clouds are shown clearly in satellite data and provide significant information for nowcasting and short-term forecasting.     

2006年6月10日浙江飑线FY-2C卫星云图特征

利用FY-2C静止气象卫星云图和中尺度加密地面气象监测资料,采用Weiss-Smith方法、云顶亮温分层、多谱组合等定量分析技术对2006年6月10日发生在浙江中北部地区的一次冰雹和雷雨大风天气的飑线过程进行连续监测和对流云识别分析。FY-2C卫星云图定量分析结果表明这次飑线过程对流最旺盛期TBB低于230K(-44℃);长波红外分裂窗双谱组合Tc≤-4的低值区与强风暴天气影响区域相对应,Tc≤-7低值中心与强雷达回波区相对应;强对流天气区域与分布在沿对流云团前进方向的TBB梯度最大区域有很好的对应关系,强风暴天气发生区的移动路径与TV正梯度最大区域的移动路径相似。     

风云2号卫星云图在短时强对流天气预报中的应用

利用风云2号水汽通道的云图进行强对流天气的临近预警，发现每小时1次的风云2号云图对强对流天气有着重要指示作用，尤其水汽图反映了大气中上层的水汽分布，水汽区的活动、干湿区边界、暗区等都与强对流的发生发展有着密切关系，并找出了可以作为临近预警的关键指标，在2003年的几次强对流天气预报中，风云2号云图发挥了很好的作用。     

一次西南低涡造成华南暴雨过程的FY-2卫星观测分析

2008年6月11-13日华南发生了一次西南涡暴雨天气过程,其中,广西区有6个台站11日20时至12日20时的降水打破6月雨量历史纪录,分别为东兰306mm、环江218 mm、灵川270mm、桂林251 mm、柳城177mm和田林163 mm.采用FY-2卫星云图资料、NCEP再分析资料、常规观测资料及地面降水资料,对这次强降水过程的暴雨云团及其影响系统和环境场作了分析研究.结果表明:(1)红外和水汽图像配合,可以反映西南低涡发展东移过程中低层辐合带云系、高空扰动云系和弱冷空气的不同作用,云图的演变过程可以刻画强降雨发生时低层辐合、高层辐散的气流结构.(2)本次广西特大暴雨过程可分为两个阶段,第一阶段主要是西南涡东南侧的暖区降水,对流云团分布范围较广,中尺度对流系统具有涡旋状云系结构;第二阶段有弱冷空气南下,在边界层辐合线的组织下,中尺度对流系统组织成线状云带,南移消失.过程中,无论是红外云顶亮温随时间的演变,或者是红外与水汽亮温差的时间演变均可以反映云团的演变过程,并与强降水有较好对应关系.在局地要素满足暴雨发生的必要条件下,监测多通道亮温的急剧下降,可作为重要指标提前2～3 h预警强降雨的发生.(3)西南低涡暴雨云团出现在西南涡东南和南侧的南风盛行区域,云团发展伴有低空急流加强,同时,云系发展与500 hPa正涡度平流的贡献有关.     

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.     

FY-2E卫星资料在基于LAPS的台风三维云分析中的应用

LAPS(Local Analysis and Prediction System)采用物理初值化与三维变分约束相结合的方法,通过融合多源观测资料,发挥各种资料的优势,分析得到较为客观的三维云场,并可改善数值模式初始场。将FY-2E卫星可见光反照率和红外亮温资料引入LAPS,针对2014年6月登陆我国的台风"海贝思",设计不同水平分辨率的同化试验,研究台风三维云结构和初始场的改善情况。结果表明:1)LAPS云分析中引入卫星可见光反照率资料之后,总云量有显著的调整,能够较清晰地分辨出台风眼区、云墙和螺旋云带,卫星红外亮温资料在云顶高度的调整中发挥了重要作用,而且高分辨率的云分析结果有助于更好地分析出台风结构和强对流区域。2)LAPS物理初值化技术将卫星资料中的云结构和微物理信息添加到初始场中,一定程度上调整了数值模式初始场中垂直速度、云水、云冰和水汽场等变量的分布,提高了模式初值质量,对模拟和预报台风系统将会产生一定的影响。     

基于FY-2C红外资料进行夜间云检测的方法研究

应用2007年4月30日20时至5月1日03时的FY-2C红外亮温资料、地面云观测资料以及地理海拔高度资料,详细分析了无云条件下红外亮温与地理海拔高度之间的关系特征。通过建立夜间无云条件下红外亮温与地理海拔高度之间对应关系的标准数据库,以此为判据实现了有云区和无云区的分离,云检测个例结果表明正确率可达88%;将无云区误判为有云区的百分比为4%,同时将有云区误判为晴空区的百分比是8%。在云区的云检测正确率为82%;在无云区的云检测正确率达到92%。在业务化应用和适用性分析中,以5月1日00时资料建立的判据,分别对5月2日至5日00时整个区域进行云检测试验,分析结果表明其总体准确率与5月1日00时的基本接近但稍高,达到92%。在云区的判识正确率提高到93%,从而导致总体准确率稍微提高;而在无云区的判识效果与5月1日00时的一致为92%。     

东北地区中尺度对流复合体的卫星云图特征

通过１０年（１９８３－１９９２年）卫星云图资料的分析，综合归纳了东北地区中尺度对流复合体（ＮＭＣＣ）的基本特征及其发展演变过程，由于受地理条件的影响，ＮＭＣＣ与美国大平原以及我国西北和华北平原上的ＭＣＣ有明显差别，作为一类特殊的对流性天气系统，ＮＭＣＣ与一般中尺度对流云图特征有明显差异。     

基于FY-2C卫星资料估算四川地面降水方法研究

应用2006年6月6日00时(北京时)至7日06时四川地区的自动站降水资料和FY-2C静止卫星红外亮温资料,共3854对样本,分析发现1小时内的最低红外亮温和红外亮温增量两因子能很好地表征地面1小时累计降水量,且能有效地进行四川地面1小时降水估算,并由此建立了估算降水方法.通过对2006年8月27日13-19时,2006年8月28日04-16时两个时段估算降水结果的初步检验来看,其均方根差都小于2.0mm,随着最低亮温的增加,其均方根差也越小.由此可见,基于FY-2C静止卫星1小时内最低红外亮温和亮温增量来估算四川地面1小时降水是可行的,且效果较好.