双偏振雷达对一次水凝物相态演变过程的分析

联合利用3 GHz双偏振雷达RHI探测数据和温度廓线数据,建立了云粒子相态反演的模糊逻辑算法,算法采用Beta型成员函数,成员变量包括:水平反射率因子、线性退偏比、差分反射率及温度0℃,-40℃对应高度,反演出的相态包括毛毛雨、雨、低密度干冰晶、高密度干冰晶、湿冰晶、干霰、湿霰、小冰雹、大冰雹、雨夹雪和液态云滴等11种,并利用雷达的连续探测数据对一次层状云降水过程中水凝物相态的演变情况进行了分析,得到如下结果:初始阶段层状云相态呈现分层结构,从上至下依次为高密度干冰晶、湿冰晶和液态云滴;初始阶段云体中的回波大值区核心区域为大的冰相粒子,其余部分为液态粒子;在初始到成熟阶段演变中,回波大值区上部液态粒子逐步向冰相转化;消散阶段云中零度层亮带逐步消失,零度层以上云粒子结构呈现高密度干冰晶包裹湿冰晶的情况。

云微物理参数的地基探测反演研究综述

云相态、云滴谱分布和云液态水含量作为重要的云微物理参数,对气候变化、天气变化、人工影响天气和飞行安全等很多方面都有着重要的影响。云微物理参数的研究已是国际气象学研究领域中的热点之一,而在国内这方面的研究较少。简要论述了地基方法在云微物理学研究的优越性,扼要总结了国内外地基探测技术的发展现状,重点概括了云相态、云滴谱和云液态水3个参数的地基反演算法,并予以评价,展望了未来发展趋势,为国内云微物理研究提供了参考与借鉴。

双偏振天气雷达探测量的伪彩合成

针对S波段双线偏振天气雷达,提出了一种基于水平反射率因子Zh、线性退偏比LDR和差分反射率因子Zdr等探测量的图像合成技术,根据它们各自的探测范围将3个变量线性调整至0~255的范围,再在RGB色彩空间内分别赋予图像的三个通道,从而得到全新的伪彩合成图像,对比分析发现,分别采用LDR、Zh、Zdr作为RGB分量的组合方式得到的合成图像能够体现出更为丰富的信息,新的图像保留了原始反射率因子的结构特征,两个偏振探测量特征也能通过色彩的差异而体现,同时具有较为舒适的视觉特征。根据不同类型水凝物粒子的取值范围,分别计算了不同类型粒子在LDR-Zh-Zdr合成图中的颜色值,定性分析表明不同类型粒子对应的颜色值有较大的差异,有利于人眼直接鉴别。用雷达PPI和RHI扫描数据进行个例分析表明,利用LDR、Zh、Zdr作为RGB分量方法得到的合成图像保持了原有反射率因子结构特征,图像不同色彩对应的粒子相态分布合理,用该图像能够方便地对雷达回波类型进行合理判断。

内蒙古自治区一次沙尘过程的激光雷达分析

为了探究沙尘污染过程中高时空分辨率的结构特征,利用相干多普勒测风激光雷达、地面观测站、中分辨率成像光谱仪,结合卫星气溶胶光学厚度数据产品、欧洲中期天气预报中心第5代再分析资料(ERA5)以及混合单粒子拉格朗日积分轨道(HYSPLIT)后向轨迹模式,分析了2019-10-27~2019-10-28内蒙古自治区锡林郭勒盟一次典型的沙尘天气过程。结果表明,此次沙尘是受高空冷涡、蒙古气旋的共同影响,配合冷锋在高温时段过境沙源地,热力叠加动力条件有利于沙尘随西风扩散;沙尘来临前后,地表气温变化明显;卫星产品、HYSPLIT模式结合雷达风廓线可以更准确地确定沙尘来源,激光雷达反演的气溶胶消光系数可反映边界层大气中气溶胶的变化情况;2019-10-28T02:00地面PM10的质量浓度达到最大值268μg/m^(3),消光系数超过30km^(-1),达到最大值,雷达反演数据在时间上会有延迟;城市下垫面使得沙尘污染快速减弱,雷达所在的草地下垫面容易受垂直风切变影响产生持续性污染。该研究对应用相干多普勒测风激光雷达、认识沙尘的污染过程以及传输特性很有帮助。

毫米波测云雷达二次回波的回扩识别和距离旁瓣研究

毫米波测云雷达是一种重要的云遥感探测手段。为了获得大功率探测能力,本文所用云雷达使用了脉冲压缩技术和双脉冲技术,但也因此会出现二次假回波和距离旁瓣假回波。本文研究了假回波对云雨探测的负面影响,分析了产生二次回波的原理,设计了区域回扩法结合余弦相似度计算的二次回波定量识别算法。个例分析表明算法有较好的识别能力。本文还为定性判断距离旁瓣影响提供了一种简便可行的途径。研究结果可用于改善毫米波雷达的资料质量。

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。

毫米波测云雷达融化层自动识别技术

为了充分利用雷达数据中的融化层信息,通过分析融化层在反射率因子和线性退极化比(LDR)参量中的特性,结合国内某型毫米波测云雷达的特点,提出了一种融化层边界自动识别的技术。利用2010年5—10月国内某型毫米波测云雷达在杭州的探测资料及相应的探空资料,对识别结果以及算法中参数的敏感性进行了对比和分析。对比结果表明,该方法能有效识别亮带的存在,得到的融化层上边界平均高度与实测零度层高度的误差小于100 m。参数的敏感性分析表明,融化层在反射率和LDR中的特性存在差异,其厚度在600～1500 m。毫米波测云雷达距离分辨率高、LDR对融化层敏感以及使用反射率和LDR双重约束是识别出的融化层边界误差较小的原因。

一次锋面气旋云系中强对流云团的识别

利用NOAA-16/AMSU-B微波亮温资料和GOES-9光学遥感资料对2004年6月16日一次锋面气旋云系中的强对流云团进行识别,尝试了NOAA-16/AMSU-B微波两窗区通道亮温、3个微波水汽通道间亮温差,GOES-9红外亮温阈值、水汽和红外通道亮温差、红外和水汽通道亮温多光谱逐个修改聚类等方法,通过比较各种方法的识别结果,分析各种识别技术的特点,同时采用地面常规观测资料进行叠加,对识别方法进行了验证。结果表明:微波对强对流云团均能较好识别,但89 GHz通道亮温受地表影响较大,不能很好剔除过冷水体,150 GHz通道亮温与微波水汽通道间亮温差的识别结果较一致,3个微波水汽通道间亮温差对阈值的依赖性相对较小;GOES-9红外亮温阈值因其随时空变化对识别结果会造成较大差别,而水汽和红外通道亮温差对强对流云团能进行较好定位,但识别范围较小,多光谱逐个修改聚类方法对积雨云的识别效果较好,且和NOAA-16/AMSU-B识别结果有较好的对应关系;地面常规观测资料的叠加结果也说明,多波段遥感资料对强对流云团的识别结果与当时的天气现象及积雨云状均有较好的对应关系。

我国东南沿海FY-2C卫星图像上多光谱云分析技术

为了对我国东南沿海地区的云类型/下垫面进行客观定量检测,从云的光学特性出发,利用卫星图像上各种云型/下垫面呈现出的光谱特征,结合白天正午样本集,分析云的光谱特征差异,提出一种利用通道亮温和通道间亮温差及反照率等,识别发展较强的对流云、高中低混合多层云、中低层水云、薄高云和晴空的方法。通过样本采集、绘制散点图、检测试验,建立FY-2C云类型/下垫面识别流程,给出白天及夜间适合的检测判据。结果表明:强对流云团的光谱特征最显著,其判别相对简单,采用单通道或通道间亮温差即可获得较好的判别效果,但也存在对密实卷云错判的情形;与天气过程相联系的高中低混合多层云光谱特征也比较明显,较易识别,但高中低混合多层云和厚卷云以及发展较强的对流云光谱特征存在相似之处,在一些云层边界或交界处还是存在一些错判;暖水云和薄卷云的判识对可见光通道依赖性较强。经过多光谱云分析,可间接确定云相态,并可为其它云参数(云顶高、光学厚度及有效粒子半径等)的反演提供有利信息。

能量位涡在雷雨大风天气诊断分析中的应用

从大气基本运动方程及大气总能量概念出发,提出将大气动力学与能量天气学相结合的物理量——干能量位涡与湿能量位涡,并确定其守恒性。通过分析发现,以静力温度表达的能量位涡数学计算更方便,物理意义更明确。以2007年湖北的一次典型雷雨大风天气为例,对雷雨大风天气用能量位涡进行诊断分析。结果表明:本文提出的干能量位涡与湿能量位涡可以较好地预示雷雨大风天气,高空干能量位涡的增强与向下发展使对流层中下层不稳定能量增大,有利于雷雨大风天气发生;低层湿能量位涡的不稳定能量高值区与斜压系统耦合时预示该区域将有雷雨大风发生。

美国海军海洋业务预报纵览

回顾了过去几十年美国海军海洋学的发展历程,介绍了海军海洋学业务保障体系,对其科研机构和研发机制以及业务系统发展特点进行总结,同时指出美国海军海洋预报业务系统和总体科研发展规划。通过深入分析国外海洋气象科技发展的最新动态和海洋气象预报业务科研建设的最新成果,对我国海洋气象事业的业务发展和科研规划提供有价值的参考。

利用AMSU-B和GOES-9卫星资料对热带气旋“蒲公英”的分析

利用NOAA-16/AMSU-B三水汽通道微波亮温差和GOES-9红外亮温阈值对热带气旋深厚对流云进行检测,同时利用GOES-9可见光、红外、水汽多光谱通道特征对热带气旋云系进行识别,通过一次台风"蒲公英"个例,对热带气旋在微波和光学遥感图像上的深厚对流云进行分析。结果表明,微波和光学遥感资料均能对热带气旋深厚对流云进行有效识别,检测结果基本一致,但识别出的对流云,微波范围较小,光学遥感范围较大,这可能是由于光学遥感仅能获得云顶信息,将对流云顶部覆盖的卷云错判造成的;即使采用较低亮温阈值,光学遥感也很难将这部分卷云完全分离,而微波对云更具穿透性,在深厚对流云的识别方面具有独特优势;三水汽通道间微波亮温差反映了深厚对流云的发展强度,可间接揭示热带气旋的发展情况。

多光谱云分类技术在锋面云系中的应用

将逐个修改聚类和模糊聚类的多光谱云分类技术应用于2002年6月10日03时锋面气旋云系的识别,并采用同一时次的地面常规观测与其进行了对比分析。结果发现,两种聚类方法对典型锋面气旋云系均有较好的识别能力,分类结果与天气概念模型云层分布情况一致;逐个修改聚类对组间差别较大的情况分类效果较好,而模糊聚类却对性质相近的类别有较好的识别;卫星图像分类结果与地面常规观测比较一致,但在层云、积云、层积云等性质较为相近类别的识别上存在一定差异。

基于FY-2C的渤海海冰监测分析研究

渤海海冰是我国中高纬海域的重要海洋灾害之一。尝试利用静止气象卫星FY-2C资料对海冰在可见光、近红外、红外通道的辐射特性进行光谱分析,提出了遥感监测海冰的阈值检测定量判据0.1<Rech5<0.2,262 K<Tbch1<268 K,265 K<Tbch4<275 K,并结合发生在中国渤海海域的一次重大海冰灾害进行定量监测,监测结果的验证采用海冰实况进行对比分析。结果表明,可见光通道反照率是区分海水的有效特征,但海冰的反照率和晴空陆面及薄卷云有相似性,虽然可以利用红外通道亮温将晴空陆面剔除,近红外通道亮温却是剔除薄卷云的有效特征;该判据能够将海冰与云及海表分离开来,识别结果较好,可对海冰进行连续有效监测;此次分析虽然只是一个个例,但该技术对定量监测我国渤海湾海冰灾害的发生是一次很好的尝试。