热带测雨卫星测雨雷达探测的亚洲夏季积雨云云砧

热带测雨卫星(TRMM)测雨雷达探测产品资料中"其他"类型降水一直被忽略,它具有什么物理含义也无从知晓。文中利用个例分析和统计分析方法,对10年夏季亚洲"其他"类型降水进行了研究。个例分析结果表明"其他"类型降水的平均廓线表现了积雨云云砧特征,其廓线峰值(约0.6—1.0 mm/h)高度位于8—10 km,且云砧顶部具有0.8以上的可见光平均反射率和低于215 K远红外平均亮温;根据个例中积雨云云砧廓线特点,文中定义5 km以上各层累计降水率大于1 mm/h为云砧廓线,对亚洲夏季积雨云云砧样本进行了统计,结果表明该地区夏季云砧样本占"其他"类型降水样本总数的近70%;统计结果还表明夏季亚洲积雨云云砧出现频次为0.1%—0.4%,它至少超过对流降水频次的十分之一,亚洲云砧出现频次的特点是陆面高于洋面;云砧的结构特点表明云砧平均厚度3—4 km,其底部高度约6 km,顶部高度在10—12 km;云砧的平均可见光反射率在0.8—0.9,远红外平均亮温低于220 K。     

一套基于FY-3B/MWRI观测的热带气旋微波亮温数据集

利用风云三号B星(FY-3B)微波成像仪(Microwave Radiation Imager,MWRI)一级亮温数据和每6 h一次的热带气旋(tropical cyclone, TC)最佳路径数据进行时空匹配,建立了TC微波亮温数据集。该数据集包含了2011—2016年全球六大海盆生成的热带风暴级别以上的TC共计538个,以及对应每个TC的微波十通道亮温和36.50 GHz、89.00 GHz的极化校正亮温度,并简要阐明了该数据集在热带气旋研究方面的潜在应用,尤其对TC生命周期内的微波亮温特征及TC强度变化研究提供了有力的数据支撑。     

基于热带测雨卫星探测的东亚降水云结构特征的研究

利用热带测雨卫星的测雨雷达(TRMMPR)、微波成像仪(TMI)、可见光和红外辐射计(VIRS)、闪电成像仪(LIS)对降水云的综合探测结果,结合全球降水气候计划降水资料(GPCP)和中国气象台站雨量计观测资料,分析了东亚降水分布特点,并比较了TRMMPR与GPCP及地面雨量计观测结果的差异;揭示了中国中东部大陆、东海和南海对流降水和层云降水平均降水廓线的季节变化特征及物理意义,以及TMI高频和低频微波信号对地表降水率变化的响应特点;通过对中尺度强降水系统、锋面气旋降水系统和热对流降水系统的个例分析,探明了降水结构及其与闪电活动的关系、降水云顶部信息与地表雨强之间的关系。     

格点尺度对TRMM微波成像仪云水数据的影响

选取热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)微波成像仪(TRMM Microwave Imager,TMI)液态水路径(liquid water path,LWP)轨道像元数据为研究对象,探讨了将瞬时探测以及逐月的像元数据进行格点化(0.1°、0.25°、0.5°、1.0°和2.5°五种格点分辨率)时,格点数据的失真情况。对TMI瞬时探测的个例分析结果表明,细分辨率(0.1°、0.25°和0.5°)格点能保留原始像元数据的细节;而随着网格变粗,细节受到较大的平滑。因此对于中尺度到天气尺度的天气系统分析而言,将卫星轨道数据处理到网格尺度不大于0.5°的格点更合适。对逐月LWP像元资料格点化处理的分析表明,细分辨率格点能保留LWP空间分布细节,尽管5种分辨率下LWP的概率密度分布(probability density function,PDF)均相近。因此,对月尺度及以上的气候分析研究而言,格点尺度大小对卫星像元数据格点化的影响不显著。最后利用本实验室计算的TMI/LWP格点数据与欧洲中期数值预报中心再分析资料(European Centre for Medium-range Weather Forecasts Interim reanalysis,ERA-Interim)和NCEP再分析资料(NCEP Climate Forecast System Reanalysis,NCEP CFSR)进行了对比,发现两种再分析资料都高估了LWP;TMI/LWP格点数据与两种再分析资料LWP的多年变化趋势大致相同。     

GMI亮温资料RFI信号影响因子分析

利用全球降水测量(Global Precipitation Measurement,GPM)卫星上搭载的微波成像仪(GPM Microwave Imager,GMI)的一级亮温数据,通过谱差法识别被无线电频率干扰(radio frequency interference,RFI)污染的典型陆地地区,确定欧洲、东亚和南美作为主要研究区域,进一步分析RFI与卫星方位角、太阳方位角和太阳天顶角之间的关系,讨论RFI的影响因子。结果表明:水平极化方式下受RFI影响的区域范围比垂直极化方式下的范围更广;相对于强RFI信号分布对应的较宽的卫星方位角区间,存在RFI的像素点对应的太阳方位角和太阳天顶角角度区间范围较为集中;当RFI强度较弱时,垂直极化方式下的RFI的像素点远多于水平极化方式下的RFI像素点,但随着RFI强度的增强,水平极化方式下的RFI像素点多于垂直极化方式下的RFI像素点,且强度越大则两种极化方式下的RFI像素点数量差距越大。     

TRMM卫星测雨雷达及其应用研究综述

热带降水测量卫星测雨雷达（TRMM－PR）是第一部星载测雨雷达。卫星于1997年11月28日成功发射，其测雨雷达经过在轨测试定标之后，已向地面发回大量的雷达观测信息。本文主要根据1999年7月如开的第29届雷达气象国际会议的文集和作者所看到的其它文献资料，简要介绍该卫星、星载测雨雷达及其测信息处理和应用的一些研究成果。     

微波辐射计亮温观测质量控制研究

针对武汉MP-3000A型微波辐射计,将无线电探空资料代入辐射传输模式(MWCLD),计算出该辐射计各通道的亮温,再与实际观测的亮温值进行对比,通过个例分析该辐射计观测值与计算值的一致性并判断各通道观测值的合理性.分析结果表明:模式计算值与观测值之间有很好的一致性,并且经过偏差订正或线性订正后的数据,可用于检查辐射计在各个通道的运行状态,从而建立有效的针对地基微波辐射计资料的质量控制方案.     

TRMM卫星对一次冰雹降水过程的观测分析研究

利用TRMM卫星上时空匹配较好的测雨雷达(PR)、微波成像仪(TMI)、可见光和红外扫描仪(VIRS)观测资料,研究了1999年5月9日发生在黄淮地区的一次冰雹降水过程。根据卫星接连3个轨道的观测,综合分析了此次强对流降水过程在不同阶段的降水结构、云顶亮温和降雨厚度以及相应的微波亮温变化特征。观测分析表明,此次降水过程由对流很强的冰雹降水逐渐演变到对流渐弱的暴雨降水。冰雹降水阶段,云中有多个强对流单体,云体中高层有大量的固态降水粒子,使得中高层降水量在降水柱含量中贡献远大于融化层降水量的贡献;暴雨降水阶段,若干对流单体被大面积的层云降水包围,降水高度逐渐降低,云体中高层降水量明显减少,融化层降水量对柱含量的贡献明显增加。降水率廓线中不同高度的降水量对降水柱含量贡献的比较表明:中高层降水量占的比例越大,降雨云对流越强,反之,融化层降水量占的比例越大,降雨云越趋向为稳定的层云。微波亮温信号在不同降雨阶段随雨强的响应程度大不相同,这表明在反演地面降雨时,最好结合降雨云的结构特征及其发展阶段,针对不同降雨类型选取最为有效的微波通道组合来建立最佳反演模式。     

辐射传输模式对地基微波辐射计观测亮温的模拟能力分析

提供高时间分辨率大气温度湿度廓线的地基微波辐射计近年来广泛使用,多通道观测亮温的数据质量是大气廓线产品合理性的基本保障.一般定期液氮绝对定标可以更好维护亮温数据质量,但实际操作颇为不易.辐射传输模式作为一种辅助工具,可以检验和认识地基微波辐射计观测亮温的数据质量.本文针对三个辐射传输模式:MonoRTM、ARTS和MW...     

云参数对微波亮温模拟计算的影响试验

利用CRTM (Community Radiative Transfer Model) 快速辐射传输模式对NOAA-K系列卫星的AMSU-A通道亮温进行正演模拟,重点研究云粒子类型、云高、云厚度等云参数对微波亮温模拟的影响。结果表明:改变云粒子类型时,云水和雨水对模拟亮温影响较大,模拟亮温值比晴空高1 K;霰、雪、冰、雹等固态粒子对模拟亮温的影响较小,模拟亮温值略低于晴空无云情况;云层光学厚度较大时,各通道亮温受云层影响的情况取决于权重函数峰值高度和云顶高度的配置;多个高度存在云时,若最上层云较厚 (2 km),光学厚度大,相应通道亮温取决于最上层云,较低层云对亮温不产生影响;云层变薄,光学厚度减小,高度低于云层或略高于云顶的通道亮温随云层厚度的变化明显,若通道高度远高于云顶,云层厚度的变化对于其亮温模拟的影响很小。     

TRMM/TMI资料在热带气旋强度估计中的应用研究

利用2007—2009年热带降雨测量卫星（TRMM）的微波成像仪（TMI）观测到的亮温资料,计算9个通道（10、19、37、85 GHz的水平和垂直极化通道及21 GHz的垂直极化通道）的亮温和极化修正温度（PCT）在不同范围内的最大值、最小值、平均值和区域阈值与热带气旋强度之间的关系。结果表明：亮温信息可较好地反映热带气旋的强度,单个参数与热带气旋最大风速的相关性最好可达到0.83,线性拟合的均方根误差接近业务误差;低频通道的亮温相对于高频通道可更好地估计海上热带气旋强度;位于台风中心0.5°～1.5°度范围之间的亮温与气旋强度的相关性较好,圆形区域的相关性好于圆环区域;对于位于海上的热带气旋,区域亮温的最小值与热带气旋强度的关系最好;低频通道（除10 GHz外）,阈值位于260～280 K区间的亮温与热带气旋强度的相关性较好。     

TRMM卫星微波成像仪分级产品及其反演降水算法

文章叙述了获取定量降水信息的意义，简要介绍了对热带测雨卫星TRMM(Tropical Rainfall Measurement Mission)的仪器、美国国家宇航局提供的微波成像仪TMI(TRMM Microwave Imager)分级产品。对比了物理方法和经验方法反演降水的特点，并对一些经验方法以及倾斜对流系统对反演降水的影响、动态聚类分析、神经网络反演方法的研究成果进行了介绍。     

利用TMI资料估计西北太平洋热带气旋强度的客观方法

利用2007—2009年热带降雨测量卫星(TRMM)微波成像仪(TMI)观测的亮温资料,建立一种西北太平洋热带气旋强度(Tropical Cyclone,TC)的估计模型,对2010年热带气旋进行独立估计试验,并对估计误差进行分析。结果表明:该模型对强度小于强台风TC的拟合效果较好,均方根误差约为5 m/s,平均绝对误差约为4 m/s;对强台风和超强台风TC的拟合误差较大,均方根误差分别为9.65和6.60 m/s,平均绝对误差分别为7.76和5.49 m/s;对强台风及以上强度的TC,模型的拟合误差在日(夜)间减小(增大),误差最小(大)值为6.00 m/s(11.96 m/s),说明估计值在日(夜)间偏大(小)。     

Relationship of ice content to hurricane intensity examined using TRMM/TMI data sets

Summary ?In this study, TRMM Microwave Imager (TMI) data were used to investigate a possible relationship between the total ice contents of Atlantic basin hurricanes to their intensities. Ice content data from the TMI was gathered for all available TRMM swaths for the ten hurricanes. These data were then correlated to the observed maximum wind speeds and minimum central pressures from the storms at the respective times of the TRMM swaths to examine the relationship. Several methods of correlating the ice content data to the observed data were tried and the most successful method involved the use of multiple linear regression to compute correlation coefficients using the observed intensity and TMI ice content data as well as storm size. This method allowed for the inclusion of storm size, which had been found to be an important factor in total ice content. These correlation coefficients were then used to produce regressed intensities for the hurricanes and these regressed intensities were then correlated to the observed intensities. The result was a correlation coefficient of 0.437 for the relationship between the regressed maximum wind speeds and observed maximum wind speeds and 0.483 for the regressed minimum central pressures and the observed minimum central pressures. Though not entirely conclusive, the results do appear to substantiate the possibility of an ice content-intensity relationship within Atlantic basin hurricanes. With further investigation, it may be possible to use ice content as another determinant in league with the Dvorak method and other methods of tropical cyclone intensity in regions that are out of the range of surface or aircraft observations. Received April 30, 2002; accepted July 18, 2002 Published online: March 20, 2003     

地基微波辐射计亮温观测数据的综合质量控制与效果分析

针对北京一地基微波辐射计,研究其Level-1级数据的质量控制方案,提出极值检查、时间一致性检查、辐射传输计算检查和多通道亮温交叉检查。并用实际亮温观测数据进行质量控制实验,分析其应用效果。研究结果表明了提出的综合质量控制方案的可行性,为本资料的后续应用提供选择依据。     

基于TRMM/PR的长江下游地基雷达一致性订正

不同雷达观测相同目标的反射率因子差异会影响雷达组网应用效果,对无波束阻挡的X波段雷达而言,这种差异主要由雷达定标偏差和信号衰减引起,其中衰减包含降水导致的衰减以及天线罩水膜导致的衰减。为了订正定标偏差、天线罩水膜衰减以及降水衰减,设计了一个基于相控阵雷达组网的订正方法。首先,将天线罩水膜导致的衰减看作定标偏差的一部分,使用组网衰减订正算法做初次衰减订正;然后,通过构建一个雷达网观测偏差函数,使用梯度下降法求解各雷达之间的定标偏差;最后,将订正了定标偏差的原始反射率因子再次使用组网衰减订正算法进行二次衰减订正。对上述订正方法,用于广东省佛山市7部X波段相控阵天气雷达探测的一次冷空气降水过程进行检验。结果显示,传统的PIA (Path-integrated attenuation)算法订正结果与广州S波段天气雷达观测结果相关系数为0.53,均方根误差为9.0 dB, 而该算法这两项数值分别为0.64和8.4 dB,优于PIA;在台风外围的局地强降水过程中也得到了相同的结论。

     

GRAPES全球三维变分同化中卫星微波温度计亮温的背景误差及在质量控制中的应用

模式变量背景误差在观测空间的投影,也即观测变量的背景误差包含了变分同化系统的重要信息,其在诊断和分析变分同化系统中资料的影响等方面具有重要作用,特别是在背景场检查质量控制中。在GRAPES全球三维变分同化(3DVar)系统中仅给定了控制变量的背景误差,并未直接给定观测变量的背景误差。为了能够对GRAPES全球3DVar进行全面的诊断和分析,改进卫星微波温度计资料的质量控制,推导出GRAPES全球3DVar同化系统控制变量随机扰动方法估计观测变量的背景误差的公式,为分析和改进GRAPES全球3DVar提供了一个有力工具,并进而估计了AMSU-A亮温的背景误差,分析了AMSU-A不同通道亮温的背景误差特征,将其应用于GRAPES全球3DVar的AMSU-A亮温的背景场检查质量控制中。结果表明,控制变量随机扰动方法估计的GRAPES全球3DVar同化系统AMSU-A亮温的背景误差正确合理。同化循环预报试验结果表明,亮温的背景误差在背景场检查中的应用显著提高了GRAPES全球3DVar同化的亮温资料的数量,显著提高了GRAPES南半球对流层中高层位势高度场的预报技巧。在GRAPES全球3DVar同化系统中推导和实现的控制变量扰动方法为诊断和分析GRAPES全球3DVar观测资料同化效果提供了有力工具。      

TRMM月降水量产品在新疆地区的订正

利用1998-2013年TRMM月降水量产品与新疆同期的105个气象站地面观测降水量,运用逐步回归与BP神经网络方法,选取1998-2010年数据建立新疆地区的降水订正模型,并利用2011-2013年月降水量进行检验。结果表明:加入地形因子对TRMM月降水量产品订正效果明显,整体上两种模型对TRMM月降水量产品订正的相关系数从最初的0.66分别提高到0.75和0.80,相对误差由10.75%分别降低为4.88%和3.19%;月尺度上,TRMM月降水量产品相对误差为-5.68%~54.44%,经逐步回归模型订正后为-4.26%~32.57%,而BP神经网络模型订正后为-5.33%~24.48%,表明BP神经网络模型订正效果更好;从综合时间技巧评分S_T看,订正后TRMM月降水量产品在各月的效果均有不同程度提高,逐步回归模型订正后提高0.01~0.49,BP神经网络模型订正后提高0.03~0.70。因此,基于逐步回归模型与BP神经网络模型订正的TRMM降水量产品均能够准确、定量地再现降水分布,为TRMM降水量产品质量改进提供一种较实用的参考方法。     

利用TRMM/TMI资料反演青藏高原中部土壤湿度

用辐射传输理论提出的地表微波辐射极化指数PI的定义,分别指出了PI对土壤湿度、地面粗糙度、植被层和大气层的影响。用热带降水测量(TRMM—Tropical Rainfall Measuring Mission)卫星上携带的微波辐射仪(TMI—TRMM Microwave Imager)的1B11的6年亮温数据,统计得到青藏高原中部地区PI值月平均分布。并用归一化距平,反演得到了该区域年、季以及干湿季土壤湿度变化的空间图像。结果表明,PI距平分布图可以很好地表征土壤湿度的变化,从而为大尺度评估高原土壤湿度变化提供了理论依据。另外,在同一时间段内,在已知区域平均PI值与平均土壤湿度的条件下,用归一化距平的方法可以定量反演该区域的土壤湿度。