基于FY-2G卫星产品的一次西双版纳前汛期强降水天气过程成因分析

利用FY-2G卫星的图现象产品和定量产品资料,选取水平分辨率13KM的可见光云图、0.1°×0.1°网格黑体亮温温度、云区相对湿度和对流层上层相对湿度产品、1°×1°大气运动矢量产品,分析西双版纳州2022年5月20日至22日孟加拉湾低压东移产生的强降水天气过程。结果表明:可见光云图清晰地显示云的结构、纹理和轮廓,通过对色调和暗影的分析,有效判断云的发展状态,直观形象展示了云团、云系的初生、发展和移动的全过程。黑体亮温温度(TBB)产品清晰了反应出不同层次的云的状态,对流云团发展到旺盛阶段,云顶出现冰晶化,TBB产品能清晰看到云顶多斑点的特征。TBB≤-65℃易产生短时强降水;TBB-60℃至-80℃多站点出现暴雨。云区相对湿度(HPG)产品和对流上层相对湿度(UTH)产品基本能够体现多峰降水特征。大气运动矢量(AWV)产品表征孟加拉湾低压系统自生成逐渐向东北方向移动,降水过程发生发展的过程相一致。

6·23龙卷FY-2G卫星云微物理特征分析

利用FY-2G静止卫星资料,采用多光谱综合分析方法,对2016年6月23日江苏盐城特大龙卷强对流灾害天气进行分析,重点分析强对流云微物理特征和识别强对流的卫星信号,并与雷达、TRMM卫星观测资料进行了对比分析。结果表明:(1)静止卫星RGB合成图能够可视化、便捷显示云微物理特征与发展趋势,对流云2区云团是产生龙卷的主云团,云系移动缓慢、位置基本保持不变是本次龙卷的特点,致使龙卷始终维持在盐城。(2)归纳出龙卷强对流云微物理特征和卫星信号为云顶高、云顶温度(T_(top))达到-80℃,存在过顶现象;云顶粒子有效半径(Re_(top))小、以小冰粒子为主,云砧结构明显,上部存在云粒子有效半径(Re)随温度(T)递减带;晶化温度(T_g)冷,达到同质冻结温度,对应有效半径(Re_g)小。08:00(北京时) FY-2G已探测到1、2、4区云团具有强对流发展潜势,通过卫星跟踪云团强弱变化,及时发现灾害性强对流天气发生云团,加强对该云团监测,提前预警强对流灾害性天气发生,为静止卫星应用于强对流天气监测预警提供新途径。

FY-2G卫星冬夏云量产品偏差分析

开展卫星反演云量的精度评估是业务应用的基础,也是充分发挥卫星观测效益的前提。利用同类卫星产品EOS Aqua/MODIS云产品,选取2015年6月和12月共80个个例,包括43个白天个例,37个夜间个例。采用交叉比对方法对FY-2G云量产品进行相对偏差分析。结果表明:FY-2G与Aqua/MODIS计算云量总体趋势相当,无论从时间分布(白天和夜间)还是季节分布(6月和12月)上看,FY-2G与Aqua云量相对偏差较为稳定,FY-2G反演云量小于Aqua/MODIS反演云量。匹配个例中FY-2G平均云量为72.81%,Aqua/MOD1S平均云量是76.19%,两者相关系数为0.74。两者绝对偏差小于5%的像元比例为72.34%;云量偏差绝对值小于15%的像元比例为79.51%。FY-2G与Aqua/MODIS云量偏差主要来自各自卫星的观测能力与所采用的云检测算法。与具有36个探测通道、星下点最低空间分辨率为0.01°×0.01°的Aqua/MODIS观测数据相比,FY-2G所具有的5通道、星下点最高空间分辨率为0.05°×0.05°的观测数据会出现对云,尤其是破碎云和薄卷云的漏检。两种具有不同时空属性的数据在匹配处理时采用的不同算法也会在比对分析中引入偏差。

Python在FY-2G定量业务产品自动可视化中的应用

利用Python语言实现了每日对CMACast下发的最新风云二号G星(FY-2G)云导风(AMV)和射出长波辐射(OLR)两个定量业务产品的实时自动解码和可视化出图,并与国家卫星气象中心下发的卫星天气应用平台(SWAP)的显示进行了对比。结果表明:两者显示一致。在显示所有AMV文件风矢量数据的前提下,本文可视化产品较目前版本SWAP的显示更为疏密均匀,没有出现重叠现象;Python出图自带的高洛德(Gouraud)明暗处理渲染方式则在对OLR格点产品可视化显示中提供了一种更为平滑,细腻的方法。利用本研究方法对风云二号卫星定量产品进行可视化具备自动化和视觉美观的特点,值得在基层气象部门业务中推广。

FY-2G地表温度反演产品改变模式初值对一次台风暴雨模拟的影响

为探讨地表温度初始场在台风暴雨模拟中的重要性,以2015年第13号台风"苏迪罗"为例,分别用FY-2G卫星反演的陆表温度、海表温度产品替换NCEP资料初始场,进行数值模拟试验。对模拟结果进行分量级降水TS评分和预报正确率检验,并对比分析了各试验方案2 m温度场、感热通量和潜热通量场、900 h Pa流场和850 h Pa垂直速度场间的差异。结果表明:使用FY-2G卫星反演的陆、海表温度产品作模式初始场均能不同程度地改善降水模拟效果,但改善程度随时间降低,24 h后其改善作用已较小;陆表温度试验对小雨和中雨量级的预报质量均有提高,而海表温度试验仅提高了小雨量级的预报质量。进一步分析表明,陆表温度试验主要通过改善陆表温度初始场影响感热通量和潜热通量的分布,进而减小台风东北部低层温度正异常,使该区域气旋性环流减弱、垂直速度减小,有效抑制了虚假对流出现,最终达到改善降水预报质量的效果;海表温度试验原理与陆表温度试验类似,但对降水预报质量改善不明显,仅在广东南部沿海地区降水模拟效果较好。

FY-2G云导风资料同化在台风“天鸽”数值预报中的应用

以2017年8月登陆我国的13号台风“天鸽”为个例,采用美国全球预报系统资料作为背景场,利用WRF中尺度数值模式及天气研究和预报模式同化系统中的三维变分模块,探究了新一代静止卫星FY-2G云导风资料同化对台风预报的影响。研究结果表明:云导风资料同化模拟的台风路径、强度和最大风速与实况更加接近。与控制试验相比,云导风资料同化能够为背景场提供丰富的风矢量信息,增强台风周围对流云及其引导气流的强度,从而较好地模拟台风的内部结构,对影响其发展和维持的水汽条件与动力条件进行改进。

西北中东部ECMWF-HR云量预报产品与FY-2G云量产品的对比

为了了解ECMWF-HR模式云量预报产品在西北中东部地区的精度,利用2019年10月至2020年9月共计12个月的FY-2G卫星总云量反演产品,对西北地区中东部同时段的ECMWF-HR总云量预报产品进行对比分析,并选取3个典型区分析ECMWF-HR总云量预报偏差的日变化特征。结果表明,ECMWF-HR模式对西北地区中东部总云量的预报偏差白天较小,夜间偏差增大约10%~20%。总云量预报偏差具有明显的季节特征,夏半年ECMWF-HR模式云量预报整体偏多且偏差空间分布均匀;冬半年总云量预报有区域性特征,祁连山区西段明显偏低,甘肃和陕西南部明显偏多,其他大部地区的预报偏差低于夏半年。总体来说,ECMWF-HR模式总云量预报稳定可信,但在祁连山西段和甘肃与陕西南部2个明显异常区域需进行偏差订正。前者需要在模式预报基础上调高10%~30%,后者需要降低20%~30%;订正后的总云量预报与卫星反演结果较为接近,平均绝对偏差约4.5%,且与卫星反演结果具有相似的日变化特征。

FY-2G云量产品与地面观测云量对比分析

为推动地面云观测自动化,利用2015 2016年全国范围内不同时段FY-2G卫星观测云覆盖率和总云量反演产品与同时段地面气象站人工观测总云量资料进行对比分析,评估卫星观测与地面人工观测的一致性和偏差。结果表明,FY-2G卫星观测云产品较地面观测偏低,总云量较云覆盖率偏低明显。定义晴天、少云、多云、阴天四种不同云量等级,进一步分析卫星数据,结果显示不同云量等级下云覆盖率与总云量与地面人工观测的一致性和偏差有所不同,晴天和少云状态下总云量产品一致性较好,阴天时云覆盖率一致性较好。从分布上分析发现西部和西南部观测偏差较大,且根据云量等级呈现不同的状态。因此在云观测自动化布局中,卫星观测不能完全替代地面云量观测。地面观测应在西部和西南部,以及天气状况较为复杂的区域加强观测。

基于随机森林的FY-2G云检测方法

根据遥感影像中云检测原理,提出了基于随机森林的遥感影像云检测方法,并将其应用于FY-2G影像。结合国家气象卫星中心(NSMC)的云检测产品数据进行了算法的精度检验,云检测个例的精度检验结果显,最高命中率(POD)为88.32%,最低误报率(FAR)为9.36%,临界成功指数(CSI)为80.14%。结果表明,该方法有效地提高了云检测精度,同时能正确标识NSMC中部分误判的情况。

FY-2G卫星云量产品在宁夏的分析检验

文章利用2016年3月~2017年2月宁夏地面人工观测总云量资料和FY-2G卫星云量产品,对卫星云覆盖率和总云量两种产品的月分布、逐日变化、偏差分布以及一致率等进行了统计分析,并根据分析结果对出现误差的原因进行了详细的讨论,为FY-2G云量产品的应用和研究提供基础。

基于FY-2G静止气象卫星资料的对流初生预警

文章基于FY-2G静止气象卫星数据和Mecikalski等人提出的八分法,利用多小波融合、积云掩膜、金字塔图像和面积重叠法得到了对流初生预警算法。根据FY-2G静止气象卫星和GOES静止气象卫星在分辨率以及八分法研究区域上的差别,通过一系列实验对对流初生预警指标和其阈值进行调整和修改。并对北京地区的两次强对流天气过程进行对流初生预警研究,所得预警结果与多普勒天气雷达进行对比验证分析。其结果表明:对流初生预警算法能够提前30~40min预警出北京地区的对流初生过程,说明了算法的可行性和有效性,为短时灾害性天气的预警提供理论支持。

加密FY-2G云导风质量评估及其在GRAPES＿RAFS系统中的应用分析

采用2016年7月国家卫星气象中心提供的加密FY-2G资料,选用美国国家环境预报中心的FNL全球分析资料(Final Operational Global Analysis)为参考场,根据不同质量标识码QI(Quality Indicator)对其进行质量评估,并基于GRAPES(Global and Regional Assimilation and Prediction System)模式的GRAPES_RAFS(Rapid Analysis and Forecast System)系统分别进行了个例试验和连续试验。结果表明,QI≥80的加密FY-2G资料质量最好,相较于其他QI阈值,其偏差和均方根误差最小;对比业务使用的FY-2G红外通道云导风资料,加密FY-2G红外通道云导风的U分量偏差更接近正态分布。对2016年7月2 3日强降水个例进行了三组对比试验,结果表明:同化加密FY-2G红外通道云导风资料对850 h Pa高度场和风场分析有一定的调整作用,对24 h降水强度和落区预报有一定改善。连续试验结果表明同化加密FY-2G红外通道云导风资料对高层风场改善明显,24 h降水预报检验反映出全国区域中雨到暴雨级别的降水ETS评分提高。

基于FY-2G红外卫星资料反演我国陆地区域的地表发射率

利用FY-2G(风云二号G星)静止气象卫星中红外和热红外通道白天/夜晚数据进行我国陆地区域地表发射率的反演。采用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的温湿度、臭氧等大气廓线数据,基于辐射传输模型MODTRAN进行遥感影像的大气校正;选用修正后的Minnaert双向反射分布函数计算中红外通道地表方向的半球反射率,基于与温度无关的热红外光谱指数(TISI),最终得到我国不同地表植被类型下白天和夜晚的地表发射率分布特征;然后选取MODIS地表发射率产品对我国陆地区域的影像进行地表发射率反演结果的验证,结果显示:白天和夜晚的地表发射率反演结果与MODIS现有地表发射率产品吻合得较好,白天热红外通道IR1、IR2地表发射率反演的绝对误差分别为-0.0057、-0.0068,均方根误差分别为0.0095、0.0103;夜晚的绝对误差分别为-0.0010、-0.0035,均方根误差分别为0.0094、0.0096。同时对同一天不同时刻的地表发射率反演结果进行分析,结果表明,夜间的地表发射率略低于白天。

FY-2G卫星红外遥感图像中的震前异常统计分析

红外遥感图像异常是一种重要的地震前兆,需要稳定且有效的提取算法才能发现地震前兆。然而,许多算法只是在少数地震中有验证,数据样本少,不能进行异常信号的统计分析。本文提出了一种方法,对中国及周边地区的红外遥感图像的功率谱异常信号进行统计,以评估算法的准确性和普适性。该方法还分析异常信号的幅度、空间范围和相关的地震信息,将时间和空间上连续的异常点视为一个样本,以计算不同参数条件下异常信号的阳性预测值和地震的真阳性率。本文提取了FY-2G卫星的红外遥感图像中的地震异常信号,并进行统计,得到20.37%的阳性预测值和65.96%的真阳性率。高幅度大范围的异常信号可以达到80%的阳性预测值。对于大于5.4级的地震,真阳性率可以达到81.82%。本文验证了功率谱相对变化法能在大部分地震前提取到红外遥感图像异常,该方法可以分析异常信号的特征和评估异常信号与地震的相关性,有利于算法的对比和改进。

GPM和FY2G卫星降水数据在金沙江石鼓以上流域的适用性评价

为评估GPM卫星(Early、Late和Final)及FY-2G卫星逐日降水产品在金沙江石鼓以上区域的精度,基于流域内12个国家级气象站日降水数据为基准,用相关系数(CC)、相对误差(RB)等指标,从多时间尺度精度表现、日降水探测能力、极端降水监测能力等方面进行了对比分析。结果表明:GPM卫星降水产品在金沙江石鼓水文站以上流域精度较好且优于FY-2G,且GPM Final产品精度较GPM Late和GPM Early有显著提升,能够更准确地反映流域内降水的时空分布,在业务运行中可以作为缺少实测降水地区的重要补充数据。

祁连山中段夏季降雨与对流特征分析

祁连山中段夏季降雨特征研究可为地形云人工增雨提供天气背景依据支撑。基于2015—2017年地面观测资料和FY-2G卫星红外黑体亮度温度(Temperature of Black Body, TBB)逐时资料,分析祁连山中段夏季降雨与对流特征及降雨日变化与局地环流的关系。结果表明:祁连山中段海拔低于3.5 km的气象站降雨量随海拔呈线性递增变化,东部(99.2°E以东)降雨量随海拔的变化较西部剧烈。位于山谷的野牛沟和祁连站山谷风环流和降雨日变化较青海湖畔的刚察站明显,两站降雨最大值和次峰值分别在傍晚和清晨,分别对应该地区两类主要地形云(积雨云和层积云)高频时段,平均雨强分别为2.0~2.3、1.0~1.3 mm·h^(-1)。与河西走廊张掖站相比,在雨强小于1.5 mm·h^(-1)和大于等于1.5 mm·h^(-1)条件下,祁连、野牛沟和刚察站的TBB概率分布峰值从-22~-12℃转为-32~-22℃;在使用TBB<-32℃的降雨云识别阈值时,祁连山地区降雨云的覆盖率低于河西走廊地区;TBB<-22℃阈值更适宜祁连山地区弱对流降雨云的识别。研究区内深对流与浅对流的高值区分别呈现南北向、西北—东南向分布,基于TBB资料的浅对流频率日变化等可反映该地区降雨日变化的部分特征。

基于卫星遥感的新疆地表太阳总辐射估算

为了实现地表太阳总辐射合理的精细化模拟,本文尝试将天文辐射分布式理论模型和总辐射气候学经验模型相结合,引入重采样后的FY-2G卫星遥感总云量资料,建立了基于卫星遥感数据的地表太阳总辐射估算模型,并以气象站点稀疏的新疆为例,完成年、季地表太阳总辐射的精细化空间模拟,同时对模拟结果进行分析和检验。结果表明:(1)新疆区域年天文辐射量由南向北递减,大致以天山为界,天山以南区域的年天文辐射量高于10 000 MJ·m^(-2),天山以北低于9750 MJ·m^(-2),三大山脉对天文辐射的影响非常明显;(2)基于条带状重采样后的FY-2G总云量建立的日照百分率模型,其模拟的新疆区域平均绝对误差14.4%,且空间分布更加客观;(3)新疆"单站单月式"地表太阳总辐射气候学估算模型中,相关系数在夏半年较高,冬半年略有下降,且a、b系数的互补关系较为稳定;(4)从地表太阳总辐射检验结果来看,全区地表太阳总辐射的均方根误差年平均3.08 MJ·m^(-2),模拟结果夏半年好于冬半年,南疆好于北疆,其中乌鲁木齐误差最大;(5)新疆年地表太阳总辐射整体表现为由西北向东南逐渐增加的空间分布,南疆盆地的总辐射量高于北疆盆地,天山山区西部为低值中心,而春、夏季总辐射由西向东呈经向分布,秋、冬季则呈纬向分布。

塔克拉玛干沙漠腹地土壤热通量的陆面过程与卫星遥感研究

利用Noah陆面模型对塔克拉玛干沙漠腹地塔中站土壤热通量进行了模拟,采用SMAP卫星地表土壤热通量数据及风云2号FY-2G卫星陆表温度数据对塔克拉玛干沙漠腹地塔中站地表土壤热通量进行估算。结果说明:(1)Noah陆面模型在塔克拉玛干沙漠腹地模拟土壤热通量精度较高,决定系数R 2为0.972,能够反映塔中站土壤热通量的变化情况;(2)SMAP卫星地表土壤热通量数据与塔中站的实测值变化相位基本相同,决定系数R 2为0.855;(3)FY-2G卫星数据反演的地表土壤热通量和实测值相关性较高,决定系数R 2为0.921。Noah陆面模型模拟塔中站土壤热通量精度较高,具有一定适用性;SMAP、FY-2G卫星估算塔中站地表土壤热通量具有一定适用性。

宁夏中部夏季层状云特征参数与降水相关性研究

以宁夏中部2016年、2017年夏季8次层状云降水过程为例,基于FY-2G卫星反演的云特征参数和6个国家气象站的降水观测资料,根据云特征参数和降水强度分级方法,统计并分析层状云的结构特征参数与降水的相关性.结果表明,在降水背景下,平均云顶高度为4.0~5.3 km、云顶温度为-19.0~-12.0℃、过冷层厚度为2.0~2.8 km、云光学厚度为11.0~18.0、云粒子有效半径为8.2~11.8μm、云中液态水的质量含量为100~170 g/m^(2)、云黑体亮度温度为-18.0~-5.0℃;云特征参数的空间分布与累计降水量分布趋势相反,其分级自东南向西北递增;云顶高度、云顶温度、云光学厚度和云黑体亮度温度等对降水的响应较好;云特征参数在有降水情况下的频数分布较无降水情况下的更趋于向高等级集中;云特征参数分级较高的云系发生强降水的概率较大、发生弱降水的概率较小,云特征参数分级较低的云系发生强降水的概率较小、发生弱降水的概率较大.研究结果可为分析云降水的发展演变规律、识别人工影响天气的播云条件和效果等提供参考.

首都国际机场一次极端雷雨天气特征分析

开展多段复杂雷雨的特征分析对民航气象预报具有重要意义。本文对2016年5月11日首都机场三段雷雨复杂天气过程分析其触发条件,研究表明:1)第一段雷雨受西南方向上游锋前暖区中的强辐合抬升和700 hPa引导气流相互作用。2)第二段雷雨受北段气旋与850 hPa高空槽共同影响。3)第三段雷雨受700 hPa与850 hPa之间槽线的辐合抬升和低空急流左侧所产生不稳定层结而触发。