半干旱地区卷云特征的激光雷达探测

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）2007年4~11月微脉冲激光雷达（MPL-4B）观测资料,统计分析了卷云的高度、厚度及其变化特征。采用透过率方法计算了卷云光学厚度,得到了卷云光学厚度与卷云厚度和云底高度的相关关系。结果表明,SACOL卷云出现的平均海拔高度为10.16±1.32 km;卷云厚度分布范围为0.30~2.80 km,平均值为1.10±0.49 km;光学厚度分布范围为0.003~1.057,平均值为0.17±0.16,SACOL卷云以光学厚度小于0.3的薄卷云为主;6、7、8月卷云出现高度较其他月大,厚度和光学厚度较小;卷云光学厚度与卷云厚度呈正的线性相关关系。

郭熙卷云皴艺术特色及影响——以《早春图》为例

宋代画家郭熙深入观察体验自然山川的四季变化,其山水画描绘云烟出没、峰峦隐现之态,以独特的卷云皴而大放异彩。卷云皴不仅是郭熙本人对前人技法笔墨的创新,也是对山水画形式和表现方法的创新。分析郭熙《早春图》中的笔墨、构图、技法等艺术表现形式,厘清卷云皴法的发展传承脉络,探索其中卷云皴笔法的艺术特点及其在当今绘画创作中的应用,阐述其对现代中国画的影响。

高空卷云冰晶粒子的散射特性研究

高空卷云是一种大范围发生的高空大气现象。文中对卷云冰晶粒子的物理特性进行了概要总结，用几何射线近似求解冰晶粒子的散射特性，计算了冰晶粒子对１ ．３１５ μｍ 光波的散射相矩阵、散射截面、吸收截面。

考虑多次散射的卷云几何特征和光学特性反演方法

研究了考虑多次散射的卷云几何特征和光学特性反演方法,对反演卷云高度和卷云激光雷达比的方法进行了改进。采用多次散射因子对卷云消光系数曲线进行修正,选取云底及云顶附近高度消光系数变化率的均值求解云层高度修正误差,对微分零交叉法求解得到的卷云高度进行修正,实现了较为精确的激光雷达云层高度反演。采用以边界值处消光系数和卷云光学厚度为约束条件的粒子群算法,求解卷云有效激光雷达比,选用半解析Monte Carlo方法,计算总散射信号与一次散射信号的比值,并结合Platt多次散射因子方程求得多次散射因子,实现了卷云激光雷达比的准确求解。使用Mie散射激光雷达真实回波信号进行了验证。结果表明,该改进方法具有较高的精度,更具应用价值。

卫星云图上的卷云云型与晴空颠簸

本文论述了卫星云图上的急流卷云、波状卷云和地形卷云的云图特征 ,通过对这些卷云的形成过程的分析 ,提出这些地区都会出现中度到强烈的飞机颠簸。

合肥上空卷云和沙尘气溶胶退偏振比的激光雷达探测

研制了一台L30 0偏振激光雷达 ,用于卷云和沙尘气溶胶后向散射光退偏振比的探测研究。介绍了偏振激光雷达的探测原理 ,叙述了L30 0偏振激光雷达的结构、技术参数、测量方法和数据处理方法。初步的探测结果表明 ,合肥西郊上空高度在 1 0km左右的卷云的退偏振比在 0 4～ 0 5之间 ,沙尘气溶胶的退偏振比在 0 2～ 0 3范围内 ,但是剧烈沙尘暴的气溶胶的退偏振比可达到 0

偏振-米散射激光雷达对卷云的探测

研制了一台偏振-米散射激光雷达，用于卷云和沙尘气溶胶后向散射光退偏振比的探测研究。介绍了偏振-米散射激光雷达的探测原理，叙述了偏振-米散射激光雷达的结构、技术参数、测量方法和数据处理方法。给出了偏振-米散射激光雷达对合肥市西郊上空卷云的结构、退偏振比垂直廓线以及光学厚度的典型探测结果，对这些结果进行了分析和讨论。初步探测结果表明，合肥西郊上空高度在6～10km的卷云的退偏振比在0．2～0．5之间，该激光雷达可以对卷云进行有效的探测，能较好地反映卷云及其光学特性的时空分布。

合肥地区卷云的激光雷达探测

为了研究卷云的特征,我们利用L300米散射激光雷达对安徽省合肥地区(31．90°N,117．16°E)的高层卷云进行探测。这些卷云是在晴朗夜晚激光雷达进行对流层气溶胶常规测量的同时探测到的。分析讨论了卷云的结构、光学性质及其它们的时间变化特征。结果表明:该地区卷云的云峰主要分布在8—11 km范围之内,卷云的结构呈现一定的季节变化特征。

卷云短波红外辐射特性

采用离散纵标法耦合大气分子吸收,模拟计算了卷云大气的反射特性。研究了在短波波段卷云辐射性质随波长、卷云光学厚度、卷云有效尺度、云高和卷云中冰晶粒子形状等的变化关系,分析了卷云对大气红外背景辐射的影响。结果表明:在2.7μm的水汽强吸收带上,卷云的出现明显增强了该波段的大气背景辐射,反射率随光学厚度和云高增大而增大。

三波长激光雷达拟合卷云的粒子形状

卷云在全球出现的概率可达30%,其散射特性在气候模式、光辐射传输和遥感领域都具有非常重要的意义。卷云的散射特性主要由冰晶粒子形状、尺度谱、折射率等因素所决定。利用355,532和1 064nm三个波长激光雷达数据反演卷云的后向散射系数颜色比,利用模拟计算获得不同形状冰晶粒子的卷云在上述三个波长上的后向散射系数颜色比,通过拟合得出被测卷云的冰晶粒子形状。拟合结果表明,合肥上空卷云中冰晶粒子大部分可能呈聚合物状。

基于六角形和球形冰晶模型的卷云辐射特征研究

卷云中冰晶粒子的单次光散射计算是卷云辐射传输及云微物理参数反演的重要基础。近年,利用高观测频率的静止气象卫星数据来反演水云和卷云的光学和微物理参数,进而计算地表光通量的研究倍受重视。然而,很多研究中卷云的冰晶用球形模型来模拟。由于不同形状和尺度大小的冰晶对电磁波的散射特征的不同,导致不同冰晶模型计算的卷云环境下卫星观测的辐射值及地表光通量的不同。利用不同尺度大小和电磁波波长的球形和六角形冰晶的单次散射数据,结合RSTAR辐射传输模式来定量分析了卷云环境下不同形状的冰晶模型对计算卫星观测的辐射和地表光通量中的影响。结果显示利用不同形状的冰晶模块来计算的卫星观测的辐射,地表向下辐射通量明显不同。波长在0.4～1.0μm之间的大气窗口部分的光谱辐射通量的差距最大。总辐射通量受云粒子形状的影响显著。研究证实了正确选择冰晶模型对卫星反演卷云微物理和光学参数的反演及计算地表光通量的重要性。该结果对于云微物理参数的反演及地表向下辐射通量的模拟具有参考价值。

西北半干旱区激光雷达探测卷云几何特征和光学厚度

为了研究中国西北半干旱区卷云几何特征和光学特性的时空分布特征,利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL,35°57′N,104°8′E)的微脉冲激光雷达(MPL-4B)探测卷云过程,分析讨论了卷云的结构、光学性质及其时间变化特征,结果表明,卷云高度分布范围为7～10 km,卷云经历了薄-厚-薄的过程,平均厚度为(2.0±0.5)km。卷云环境温度在-51℃～-39℃范围之内。卷云的光学厚度在0.084～1.649之间,光学厚度随几何厚度的增加而增大,平均光学厚度为0.651±0.403。卷云激光雷达比为(17±17)sr。薄卷云的激光雷达比要比厚卷云的大。光学厚度小于0.3的光学薄卷云出现高度在8.6 km以上,环境温度低于-45℃,几何厚度小于1.8 km,雷达比分布在5～69 sr。

基于三波长激光雷达对强卷云后向散射系数波长关系研究

针对高层强卷云(532nm波长上衰减的后向散射系数比大于20)在全球中出现的概率高达30%,影响地球-大气系统的辐射收支平衡问题.提出了一种用衰减的后向散射系数颜色比估算后向散射系数颜色比的反演方法,并分析了其误差大小.基于10个月在合肥西郊上空3波长(1 064,532和355nm)激光雷达探测到的强卷云数据,得到强卷云的3个后向散射系数颜色比统计分布规律,以及后向散射系数波长指数.计算结果表明:强卷云的后向散射系数波长指数不再是一个固定不变的常数,而是与波长有关的变量.

太赫兹波被动遥感卷云微物理参数的敏感性试验分析

太赫兹波长和典型卷云的冰晶粒子尺度处于同一量级,其在遥感卷云微物理参数(粒子尺度和冰水路径)方面具有广阔的应用前景.为了评估卷云微物理参数对太赫兹波传输特性的影响及其在太赫兹波段的敏感性,基于大气辐射传输模式分别模拟计算了晴空和有云条件下大气层顶的太赫兹辐射光谱特征,分析了这两种条件下辐射亮温差值的特点,研究了卷云冰晶粒子形状、粒子尺度及冰水路径对太赫兹辐射传输特性的影响,并定量计算了相关敏感系数.结果表明:卷云冰晶粒子形状、粒子尺度、冰水路径等对太赫兹波传输特性均有不同程度的影响,卷云效应也因通道频率而异,太赫兹波对卷云的粒子尺度和冰水路径有较高的敏感性,是理论上被动遥感卷云微物理特性的最佳波段.研究结果对于进一步发展太赫兹波被动遥感卷云技术、提高卷云参数的反演精度具有重要意义.

AIRS红外高光谱卫星数据反演卷云光学厚度和云顶高度

基于大气红外探测器L1B红外高光谱辐射观测资料,结合中分辨率成像光谱仪（moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS）云产品数据,利用通用大气辐射传输模式（combined atmospheric radiative transfer model,CART）,根据模式模拟和AIRS实际观测亮温的亮温差,研究从AIRS红外波段1 070～1 135cm^-1高光谱数据反演卷云的光学厚度和云顶高度。将反演的卷云光学厚度与云顶高度作为输入参数模拟计算650～1 150cm^-1波段卷云大气顶的辐射亮温谱,并将模拟值与AIRS观测亮温谱进行了对比分析。将反演的卷云光学厚度和云顶高度和AIRS的760通道（900.56cm^-1,11.1μm）的亮温以及MODIS卷云反射率进行了对比分析。最后将反演的卷云云顶高度和MODIS云顶高度进行了对比分析。研究结果表明：反演所使用的650～1 150cm^-1波段模式模拟和观测亮温谱吻合得很好,说明CART可以较好的模拟AIRS亮温谱。反演的卷云参数与AIRS在大气窗口区的760通道（900.56cm^-1,11.1μm）的亮温的分布满足低亮温对应较大的卷云光学厚度和高云顶高度。反演的卷云参数和MODIS卷云的反射率分布满足高卷云光学厚度和云顶高度对应高卷云反射率。反演的卷云云顶高度和MODIS的卷云云顶高度之间线性相关系数相对较高,且都在8.5～11.5km的概率较高,两者的概率分布趋势一致。说明CART可以用于反演卷云的性质,反演结果具有一定的可靠性。

卷云散射的蒙特卡罗法模拟

在对空中目标观测时,高空卷云的散射对目标检测与识别产生了重要影响。鉴于此,该文概述了卷云中规则几何形状冰晶粒子的单次散射计算方法,以及卷云中冰晶粒子的分布情况。对卷云中冰晶粒子的微观物理特性做了进一步探讨,并假设卷云尺度谱遵从Gamma分布,模拟了光波波长0.4～4μm,粒子有效半径为10～120μm的卷云单次散射角与相函数的关系,利用MonteCarlo方法对光子与云滴的碰撞作用后产生多次散射概率进行了建模与仿真。仿真结果表明,卷云的光学厚度随多次散射阶数的增加而增大。

利用MODIS数据对北极夏季卷云特性的研究

利用2011~2014年MODIS云产品数据对北极地区夏季卷云的出现概率、云顶温度、云顶高度、光学厚度、有效粒径大小进行统计分析,并讨论了北极地区夏季卷云有效粒径大小和卷云高度的关系。结果表明,北极地区上空夏季卷云出现概率最高,水云较少。卷云云顶温度主要分布在230~272 K(即-43^-5℃),其云顶高度主要在2~8 km,4.5~6 km出现概率最大。卷云的光学厚度主要在小于10范围内。卷云的有效粒径在5~40μm之间,10~20μm出现概率最大。卷云的有效粒径和高度的关系与中纬度地区相反,北极地区卷云高度越高,卷云有效粒径越大。北极地区卷云随着纬度增大,卷云出现概率增加,卷云云顶温度降低,卷云高度增加,卷云有效粒径增大,卷云光学厚度增大。

卷云高度对大气的红外光谱辐射影响的研究

利用通用大气辐射传输软件（CART）计算了不同高度卷云大气红外光谱辐射亮温，着重分析了卷云高度对不同红外波段红外亮温谱、卷云有效尺度以及光学厚度反演的影响。研究发现：对流层顶以下，大气窗口波段的亮温随着卷云高度的变化和大气温度廓线基本一致，790～960cm^-1波段亮温的斜率随卷云高度的增加而变大。亮温差BTD[900一1231cm^-1】对薄卷云和小的有效尺度随卷云高度的变化较明显。对于厚卷云，亮温差BTD[900～1559cm^-1】随卷云高度的变化基本上不依赖于卷云有效尺度和光学厚度。在卷云参数的光学定量遥感中需考虑卷云高度变化的影响。

中国地区卷云消光后向散射比的星载激光雷达遥感

利用两年的星载激光雷达数据对中国地区卷云的消光后向散射比[又称激光雷达比(简称LR)]进行了研究分析。其中结合多次散射对光学厚度的依赖关系式和LR与透过率之间的关系式来求取LR,并提出五条质量控制标准来保证数据质量的可靠性。统计结果指出LR的月季变化并不是很明显,均值在24左右。中国地区的LR在热带辐合带相对较高,并随纬度的降低而增加(大约从22到27)。同时,从这个结论得出,为了更好地求取卷云的光学厚度,在中国地区为星载激光雷达选取的LR常数应该随纬度变化而改变。