敦煌戈壁地表反射率光谱的旋翼无人机测量及定标评估

利用敦煌中国遥感卫星辐射校正场的星地同步观测试验,实现对我国在轨气象、海洋、陆地资源、环境减灾、测绘地震、高分、军事等系列卫星光学成像载荷太阳反射波段的绝对辐射定标,是目前的重要手段之一。然而,中国遥感卫星辐射校正场传统的地表反射率光谱星地同步测量方法是基于汽车跑场观测,不仅耗费较大的人力物力、容易造成场地破坏,而且获取的测量数据缺乏区域代表性。鉴于此,自2016年起,在敦煌星地同步观测试验中以旋翼无人机低空同步测量为主,跑场测量为辅,完成从航线设计、航高选择、仪器参数配置、采样策略、航空数据处理的全链路摸底测试。多次飞行试验表明,采用多旋翼无人机低空飞行来代替汽车跑场同步测量,不仅提高了地表反射特性测量的空间一致性和代表性,还提高了地表反射率光谱的测量效率,也对宝贵的中国遥感卫星辐射校正场敦煌戈壁场区地表进行了有效保护,极大的节约了人力物力成本。通过传统跑场测量和航飞测量的地表反射率光谱数据对比分析,发现多次测量数据的均值一致性较好,并且航飞测量的数据标准差更小。利用TERRA MODIS的同步观测来对无人机测量数据开展辐射定标评估,结果表明航飞数据的相对偏差均在5%以内,可以代替跑场数据完成定标,精度满足要求。随着无人机性能的进一步优化和提高,在不久的将来必将得到更加广泛和深入的应用,在外场定标试验领域也将发挥更大更重要的作用。

MCC和一般暴雨云团发生发展的物理条件差异

利用NCEP/NCAR 1°× 1°再分析资料和GMS红外辐射亮温 (TBB)资料 ,研究了 2 0 0 2年 6月 2 2日的中尺度对流复合体 (MCC)和 7月 2 3日的一般暴雨云团两者之间发生发展的环境场差异。结果表明 ,MCC发生在较弱的斜压环境里 ,对流层低层有明显的天气系统如切变线、中尺度低涡 ,中层可以没有低压槽参与 ,高层则出现在反气旋环流里。普通暴雨云团低层的影响天气系统和MCC类似 ,但中层往往和槽线相联系 ,高层则出现在急流入口区右侧。MCC对高温高湿能量的需求比一般暴雨云团更高 ,如要求高能舌范围更广、更深厚 ,对流不稳定区范围更大。MCC的动力强迫主要在低层 ,和较大的θse梯度联系密切 。

典型梅雨暴雨系统的云系及其相互作用

利用GOES-9红外云图和NCEP／NCAR1°×1°再分析资料，分析了2003年6月29日～7月12日长江中下游一次典型梅雨期间暴雨系统的云系成员及其相互作用。结果表明：（1）梅雨暴雨系统的云系成员主要有四个，它们是梅雨锋云系、西风带短波槽云系、青藏高原东移扰动云系和季风云涌。这些云系成员都可以影响到梅雨锋云系的形状和强度，对梅雨锋云系的建立或重建都起到重要的作用。（2）梅雨云系成员是相应的天气系统相互作用的产物，副热带高压决定梅雨锋云系的位置，因此也决定了暴雨发生的区域。适当强度的高空槽可以诱生梅雨气旋，产生锋面气旋暴雨。高原东移扰动云系如果受高原槽的引导可以移出高原，同时也诱生西南低涡并移出四川盆地，高空槽和低涡共同作用造成了沿途暴雨。季风云涌在副高东退的情况下，就有可能北上和梅雨锋云系连在一起。不同的云系成员和梅雨锋云系相互作用的结果形成不同的云系分布。

2002年7月20-25日揭示的热带水汽羽和暴雨的关系

利用GMS-5水汽图像和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,分析了2002年7月20～25日梅雨暴雨过程中热带水汽羽的变化及其与物理量场的配置.结果表明热带水汽羽和暴雨之间存在密切联系,(1)有一条热带水汽羽始终和暴雨相伴,其走向从孟加拉湾向东北方向延伸到朝鲜半岛,热带水汽羽不单体现了水汽在对流层中、高层的平流,实际上还反映了对流层整层深厚的水汽沿着水汽通道向北输送.其中,低空急流对水汽涌的输送起到了积极的作用,每一次水汽向东北方向涌动时,其东南侧都伴有低空急流,并且急流核跟随水汽涌一起移动.中尺度对流云团在急流的左前方生成和发展,它们也跟随水汽涌一起移动.(2)热带水汽羽的北部边界大致与高空急流轴平行,暴雨云团一般出现在西南风高空急流入口区的右后方,距离急流轴约3个纬距的地方.高空急流的存在为MCS提供了很好的质量外流途径,即辐散机制,有利于MCS的发展.(3)在暴雨过程期间,热带水汽羽内维持有一条θse≥350 K的脊轴,走向和热带水汽羽平行.低空θse脊轴不单指示了低空高能量的位置,其上或附近也最有可能存在明显不稳定的区域,因此也是暴雨容易出现的地方.另外,在热带水汽羽中也维持着一条窄而强的正涡度带,位置和走向均和低空θse脊轴相吻合,体现了低层的动力抬升机制,正涡度中心基本和MCS相对应.

梅雨锋云系的模态研究Ⅰ:主导模态

利用经验正交函数（EOF）分解方法,对1998～2008年梅雨活跃期共16次过程每3h间隔的静止卫星云顶亮温（也称相当黑体亮度温度,即Black Body Temperature,以下简称TBB）的距平场进行计算,获得了梅雨锋云系的主要模态.经检验,前7个模态为独立模态,方差贡献分别为7.78％、5.83％、5.20％、4.27％、4.19％、3.62％和3.36％.这7个独立模态反映梅雨期间云系主要的异常特征.各模态相似云图中的云系与气候态相比出现位置偏移与形状变化,表明梅雨锋云系随主导环流系统的演变而发生断裂、减弱、消散、重建的过程.从各模态相应的大气环流配置来看,气候态梅雨锋云系对应的大气环流为三阻型梅雨形势.另外7个主导模态的大气环流基本可以划分为两类,一类为阻塞高压型,中高纬地区存在阻塞高压活动,在第2模态正位相,第4模态负位相,第5模态正位相和第6模态正、负位相以及第7模态正位相对应的500 hPa环流形势上都可以看到这一特点;另一类为槽脊型,中高纬地区阻塞高压活动不明显,等高线为一槽两脊或两槽—脊型分布,与这种环流形势相关的模态有第1模态正、负位相,第2模态负位相,第3模态负位相,第4模态正位相,第5模态负位相和第7模态负位相.

利用静止气象卫星监测初生对流的研究进展

本文主要对近年来利用静止气象卫星监测、分析和研究对流初生的国内外若干研究结果和进展给予了简要综述。主要涉及对流的判识、对流的追踪技术、初生对流的多光谱云顶特征、初生对流的判据和问题与展望等方面的内容。总体而言,利用静止气象卫星监测初生对流,以及发展的对流,是目前国内外研究和探索的热点之一。研究表明,通过精心挑选对对流敏感的光谱通道、通道组合和时间演变判据,可以对初生对流进行监测,可比地面雷达更早地预警降雨系统的发展,显示出在临近预报中的应用潜力。监测对流初生的算法流程大体上分为目标判识、目标追踪和初生对流判识三个部分。国际上主要的一些与对流初生相关的成熟算法各具特色,如RDT(Rapidly Developing Thunderstorms)算法在对流判识中强调了垂直形态的峰值检测,追踪对流时利用了速度外推并检测重叠面积。ForTraCC(Forecasting and Tracking the Evolution of Cloud Clusters)算法关注活跃对流,一定程度上考虑了对流合并和分裂的情况,具有外推预报功能。GOES-R(The Geostationary Operational Environmental Satellite R-Series Program)算法特点是多光谱的使用,利用多光谱判识技术进行对流云顶检测,是面向下一代静止气象卫星探测能力的算法。UWCI(The University of Wisconsin Convective Initiation)构思巧妙,所提出的box-average技术简单易行,适合软件工程化。随着卫星传感器和探测能力的发展,以及计算机技术的快速发展,更多卫星资料将用于联合判识对流。同时,更新的计算机视觉、计算机图像处理和模式识别技术也将用来解决追踪中的复杂问题,进一步改进初生对流的判识准确率。

中尺度数值模式的自适应网格设计

引进了自适应网格设计的方法。自适应网格生成技术基于变分原理，所生成的网格具有光滑性、一定程度的正交性和可调节网格疏密程度的优点。这种新技术可任意加密局地网格，从而达到以较小的计算量获得较高计算精度的目的。将自适应网格技术应用于ＭＭ４中，并用来模拟１９９２年６月１４日这次大范围暴雨过程。结果表明，采用自适应网格后计算稳定，２４ｈ降水预报得到明显改善。

FY-2双星亮温归一化及其在台风个例中的应用

针对台风业务应用中发现FY-2D和FY-2E双星观测存在亮温差过大的问题,本文以2010年台风鲇鱼(Megi)为例,利用2010年10月17日1030—1230 UTC的FY-2D/E红外1通道数据,提出了双星亮温归一化的解决方法,结果如下:(1)采用CDF(Cumulative Distribution Function)匹配法对双星亮温进行归一化处理,可有效利用FY-2D和FY-2E双星观测结果。个例分析表明,经归一化处理以后,双星的PDF(Probability Distribution Function)分布更趋一致,甚至在很多地方出现重合,归一化效果良好。在台风定强分析,如ADT(Advanced Dvorak Technique)算法中,归一化处理可作为数据预处理的一部分内容,不影响后面的算法和流程。(2)以MTSAT为基准,经CDF匹配法对FY-2D和2E的TBB分别进行归一化处理,将使得FY-2的亮温与MTSAT具有可比性,便于比较国内外的台风定强分析结果和算法差异。

用滤波方法进行MαCS云团形态差异的个例分析

利用GMS-5卫星资料,研究了2002年6月27～28日一次强降雨过程中尺度暴雨云团的演变特征。分析表明,整个降雨过程分两个阶段,第一阶段,一个近圆形中尺度对流云团从西北向东南移动,主要造成河南省强降雨;第二阶段,南移的中尺度对流云团到达长江流域,重新发展并形成东西向宽带状α中尺度对流系统(Me-so-α-scale Convective System,简称MαCS)云团,造成长江中下游暴雨。为研究这次暴雨过程中尺度对流云团的组织方式演变和结构特征,使用滤波方法对NCAR/NCEP1°×1°再分析资料进行尺度分离,获得中尺度扰动场,结果表明:(1)利用改进的Shuman-Shapiro滤波方法,可以有效地分离出中尺度扰动。对于近圆形的MCS,低层高度场低中心和流场辐合中心重合,位于云顶亮温(Black Body Temperature,简称TBB)≤-52℃冷云盖的西侧边缘,这里也是新生对流活跃的地方,而高层高度场高中心和流场辐散中心分离,但都位于冷云盖区域。对于宽带状MαCS,低层高度场低中心和流场辐合中心也基本重合,位于TBB≤-52℃冷云盖的北侧边缘,高层高度场高中心与低层低中心相对应,但流场在冷云盖中没有表现出单一中心,却表现为一致辐散气流。(2)滤波结果显示,不论是前期的近圆形中尺度对流云团,还是随后发展起来的宽带状MαCS,二者都具有低空辐合高空辐散扰动结构,只是扰动的强度后者大于前者。(3)这次过程的中尺度对流云团表现出的形态演变,由近圆形变成宽带状,是因为其组织差异造成的。两者的组织方式完全不同,前者主要是低层中尺度气旋,而后者主要是低层的中尺度切变线。

广西气象台新型中短期预报业务流程

介绍了广西气象台新型预报业务流程的技术路线和主要功能。该流程投入使用后，使预报员基本摆脱传统的纸上作业，转向计算机工作平台，实现了预报作业方式的转变。

卡尔曼滤波方法在南宁市单站温度预报中的应用

卡尔曼递推滤波方法适用于温度等连续变量的预报，具有容易适应模式的变化和不需要收集大量历史资料样本的优点，用卡尔曼滤波方法制作南宁市最高、最低和平均气温预报，对1995年1—2月的历史资料进行试报的结果表明，最低温度预报与实况的拟合最好，其次是平均温度和最高温度。均方根误差和平均约对误差的计算结果，除了最高温度预报外，均方根误差都在3℃以内，平均绝对误差在2℃以内。

基于风云四号静止气象卫星的局地对流智能化预警模型及应用

强对流等灾害性天气给人民生活和社会经济发展造成了严重影响,准确理解强对流发生的机理及提高其预报效果仍然是具有挑战性的工作。综合利用我国自主研发的新一代地球静止轨道气象卫星风云四号高时空分辨率观测数据和中国气象局全球数值预报(China Meteorological Administration-Global Forecast System,CMA-GFS)格点化产品,研究局地对流发生前大气环境场的特征和关键影响因子的变化。分析表明:卫星观测得到的云顶冻结信息以及表征大气的不稳定性、水汽含量等数值模式变量是预测局地对流发生的重要因子。利用面积重叠法和光流法对云团进行连续追踪,采用机器学习技术建立了中国区域局地对流发生和强度分级(弱、中、强)预警模型2.0版本(Storm Warning In Pre-convective Environment Version 2.0,SWIPE-V2.0),实现了局地对流的智能化预警。独立检验结果表明:模型对6个不同分区的雨季8 mm/h以下强度降水相关的对流判识准确率在0.5~0.85,对8 mm/h以上强度降水相关的对流判识准确率在0.69~0.91之间,具有较好的提前预警效果和实际应用价值。目前,SWIPE-V2.0已投入实时应用。

2002年6月21～24日梅雨锋暴雨过程中的水汽羽特征

利用GMS 5水汽图像和NCAR/NCEP再分析资料 ,分析了 2 0 0 2年 6月 2 1～ 2 4日长江中下游梅雨锋暴雨过程中水汽图像上水汽羽的特征。结果表明 :日平均水汽图像上显示了这次暴雨过程中对流层中上部的主要水汽型 ,是一条热带水汽羽从孟加拉湾经过青藏高原东部向偏东方向伸展至江淮地区 ,并与中纬度水汽羽相互作用 ,暴雨云团在热带水汽羽中连续生成。这条热带水汽羽是一条深厚暖湿输送带 ,反映了中高层水汽从孟加拉湾向长江下游的输送 ,以及通过大尺度上升运动造成的水汽自下而上的垂直输送 ,并且水汽羽与对流层上层的负涡度和正散度区域有很好的对应关系。水汽羽的北部边界附近的暗带与一条强涡度梯度和高空急流轴相关 。

对流层顶折叠检测新方法及其在中纬度灾害性天气预报中的应用

对流层顶折叠是中纬度地区对流层上层—平流层下层区域(简称UT/LS)内的一个重要的大气现象,它与气旋生、暴雨强对流触发以及降水增幅密切相关。由于这些天气条件下的大气状况异常复杂,因此目前国际上普遍采用的基于干大气条件的对流层顶折叠检测方法存在很大局限性。本文在借鉴已有的卫星资料和数值预报相结合的模式识别法的基础上,通过统计分析的方法建立了高层大气水汽与广义湿位涡、臭氧浓度的关系以及对流层顶折叠与高空急流的位置关系,同时考虑了动力对流层顶高度在判识过程中的辅助作用,建立了一套基于FY-2E静止气象卫星遥感数据的,适用于与暴雨强对流有关的对流层顶折叠动态监测新方法。在利用FY-3A和FY-3B反演的臭氧总量、臭氧垂直廓线以及ECMWF Interim资料计算的位涡等资料对算法进行精度验证的基础上,将该方法在2012年7月21日北京特大暴雨天气过程以及2013年5月14~17日华南大暴雨天气过程的监测和分析上进行了应用,并取得了较好的效果。从应用效果看,本文提出的这种对流层顶折叠识别方法是合理可行的,并具有一定的应用价值,可为中纬度地区暴雨强对流天气的监测和预警提供参考指标。

利用FY-2F快速扫描资料分析对流初生阶段的云顶物理量特征

基于FY-2F静止气象卫星提供的2015年5—9月的高分辨率数据,通过温度阈值法识别出深、浅对流后,分析和比较了深、浅对流在对流初生(convective initiation,CI)至发展阶段中云顶高度、云顶快速降温率(cloud top cooling rate,CTC)以及多通道差值等云顶物理量特征的变化异同。结果表明:深、浅对流在CI阶段的云顶物理量特征具有相似变化特征,即云顶高度均在短时间内快速上升,CTC值均先减小后增大;深、浅对流差异表现为深(浅)对流云顶上升高度能(不能)超越水汽层高度;深对流CTC最低值较浅对流CTC最低值更低。基于CI阶段深、浅对流的CTC最低值的差异,通过个例验证,表明利用深、浅对流CTC最低值的差异,可以在识别出CI的基础,判断出CI是否发展成为深对流,从而能提前做出预警。

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306 mm、环江218 mm、灵川270 mm、桂林251 mm、柳城177 mm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。

2016年欧洲气象卫星组织对流工作组研讨会简介

1会议基本情况2016年4月4—8日，欧洲气象卫星组织（EUMETSAT）对流工作组（CWG）研讨会在意大利佛罗伦萨市举行。这是CWG第3次技术研讨会。2016年的CWG会议共有46人参加，除了EUMETSAT及其下属机构和各成员国外，美国参会人员最多，共6人参会，分别来自阿拉巴马大学、

欧洲气象卫星组织对流工作组研讨会简介

1 概况 2014年4月7—11日，欧洲气象卫星组织（EUMETSAT）对流工作组（CWG）研讨会在克罗地亚萨格勒布市举行。这是CWG／EUMETSAT第2次研讨会，40多位专家学者参加了此次CWG会议，除了美国、EUMET—SAT各成员国和日本以外，韩国、巴西的专家也参加了会议，中国是第1次受邀参会。

持续拉伸型中尺度对流系统发生发展与江苏暴雨分析

利用自动气象站、卫星探测资料,NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料等,从环流特征,动力、热力和水汽条件等对发生在江苏地区的两次梅汛期大暴雨过程的中尺度对流云团的发生、发展进行了分析。结果表明:这两次中尺度对流云团中均存在持续伸长型的中尺度对流系统(PECS),大暴雨区与T BB<-70℃区域有较好的对应关系,有利的环境场形成的高空辐散、低空辐合和强烈的上升运动是PECS发生发展的重要条件。PECS云团处于200 hPa高空急流入口区右侧、西南低空急流左侧(切变线南侧),呈西南—东北向线状排列,低层暖湿不稳定气流诱发中尺度云团的产生,气旋性涡度场对积云对流活动具有组织和增强作用。当正涡度向垂直方向发展时,附近产生强烈的垂直上升运动,对应着中尺度PECS云团的强烈发展。强烈的对流不稳定有利于中尺度对流系统的发展,也有利于触发暴雨产生。

暴雨云团的卫星监测和研究进展

该文对卫星监测、分析和研究暴雨云团的国内外若干研究结果和进展给予了简要综述。主要涉及卫星遥感监测和分析暴雨云团的适宜尺度,中尺度对流复合体,东亚梅雨锋暴雨云团的监测和分析,卫星资料同化和数值模拟及问题与展望等方面的内容。