近20年青藏高原云分布特征及云参数时空变化分析

准确估算云量是了解青藏高原云参数时空特征的基础。通过相关分析、回归分析、趋势分析方法,分析了近21年来青藏高原云分布的动态变化。利用MODIS云量日产品(MOD08_D3)数据和ERA5再分析资料,分析了青藏高原不同阶段云量分布和云参数的时空特征。结果表明,高云区云量中心位于墨脱县(77.3%),林芝(72.5%)地区云量最大,青藏高原日平均云量在过去21年间减少了0.04%。季节分布上,夏季出现水云的概率最高(31.7%),春季出现冰云的概率最高(26.5%)。每年出现的冰云比水云高2%左右。在全球变暖背景下,青藏高原上空水汽含量呈减少趋势,云水含量呈逐渐增加趋势。年平均云水含量比大气总水汽含量高约0.01 cm,云水总含量增加约0.04 cm。本研究为理解云水资源对全球气候变化和青藏高原地区水循环的影响提供了依据。

用多普勒雷达资料调整GRAPES模式云参数对短临预报的影响

利用华南一次强降水过程,通过雷达回波反演的云雨水及模式背景场的水汽和根据雨水修订的水汽场对GRAPES模式初始场通过Nuding技术进行调整,试图改善模式的临近预报。模拟结果对比发现,模式初始场通过Nudging技术只订正云水、雨水及水汽场2种情形,对模式雷达回波的临近预报效果都有一定的改善,其中前者对0～3h的临近预报效果改善明显,而后者对0～6h的预报效果都有所改善,且后者前3h的改善效果优于前者。对比模式初始场通过Nuding技术订正修订前后的水汽场的预报效果发现,修订后的水汽场的临近预报效果优于修订前的,尤其4～6h的差异较明显。分析原因发现,模式初始场中水汽场的修订,尤其是饱和水汽的修订,对模式预报的水汽场有明显影响,从而影响到了环流场,改善了模式的雷达回波和降水的预报。

祁连山东部春季云参数特征与降水的关系研究

利用2005～2007年春季的降水和MODIS云资料,探讨了祁连山东部降雨(雪)与云量、云(冰)水路径、云层厚度等参数的关系。结果表明,降雪量与低云量、低云冰水路径、低云云顶-云底气压差呈明显的正相关,低云量多、低云冰水路径值大、气压差大,有利于降雪的产生;降雨量与低云云顶-云底气压差也呈明显的正相关,低云云层越厚,降雨量越大。通过卫星遥感获取的云参量与地面实测降水资料进行对应,可以为天气预报提供重要参考,还可为人工影响天气作业提供指导。

AREM模拟云参数与卫星观测的比较研究

数值模式模拟计算云量与卫星观测云量的定义不同,难以进行定量比较,从而限制了对云模拟误差的检验和修正。作者介绍了可把数值模式输出云参数转换成ISCCP卫星反演云参数的云模拟器,并将其试用于AR-EM区域模式中,定量分析了模拟云参数和ISCCP反演云参数的差异。结果表明,AREM模式可以再现中国东部冬季云的基本分布特征,但与观测相比,四川地区云量模拟偏大20%,华东地区则偏小20%左右,云量中心的云顶高度比ISCCP反演值偏低一个高度段,云光学厚度偏大一个厚度段。模拟与观测云参数的定量比较,为评估和改进模式性能提供了依据。

红外高光谱观测值反演云参数

最小局部比辐射率变化MLEV算法根据在红外长波10～15μm区，云的吸收、发射和散射具有相对有限的局部谱变化的特征，利用对云敏感的长波红外辐射观测值来同时反演单层云的云顶高度和有效云比辐射率谱。先给定一些假想的云高初始猜测，最佳的云高和比辐射率谱解使得用这些不同云高计算得到的比辐射率谱的局部变化最小，该算法适用于高光谱（光谱分辨率从0．25～1cm^-1）的大气红外探测器。通过用两种不同方案的内部比较及与激光雷达观测和MODIS业务云高产品的对比验证，说明对卫星红外高光谱观测资料采用MLEV算法同时反演单层云的云顶高度和云有效比辐射率谱是非常有效的，尤其是对中高云。

云参数法干旱遥感监测模型在非洲地区的适应性研究

从云参数法干旱遥感监测模型的需求角度分析了欧洲静止气象卫星SEVIRI数据的应用潜力,并提出了一种适合该数据的多光谱云检测方法;利用云参数法干旱遥感监测模型进行非洲地区2009年底和2010年初的干旱监测,以月度降水和蒸散数据作为参考数据评估监测结果.研究结果表明:云参数法监测结果与参考数据在干旱程度与范围方面基本一致,相对精度高达83.88%,云参数法适合进行非洲地区的干旱监测.

基于FY-2卫星数据的青海东部春季不同类型降水过程云参数特征

卫星资料在气象业务中的应用越来越广泛,有效识别云的宏微观物理参数将有利于人影业务的发展。利用2005—2007年春季青海省东部地区FY-2卫星观测资料,针对不同形态、等级的降水过程,反演该区域降水云的宏微观物理参数,并与降水量做相关分析。结果表明:青海东部FY-2卫星反演的春季降水云粒子有效半径大多为8~65μm,云顶温度大多为215~240 K,云层厚度大都在1 500~5 200 m之间,云水含量大多为10~150 g·cm-2,但不同形态、量级降水过程反演的云特征参数值及其与地面降水量的相关性差异较明显。

ASTER多角度影像云参数模型解算与云迹风反演

卫星资料具有覆盖范围广、时空密度大等优点,能有效地弥补缺测地区观测信息不足的现状,可为天气分析和数值预报模式等研究提供大量有用资料。采用青藏高原西藏阿里地区上空的Terra ASTER多角度影像立体成像像对,结合遥感和摄影测量理论,建立了基于摄影中心、影像点和实际物方点共线关系的云顶三维参数解算模型,用以求取云顶三维坐标和云移动速度,同时依托影像立体像对高度重叠的特点,通过比较两张影像示踪云团的踪迹,反演云迹风风场。通过该两种方法,获取了影响高空云移动的风场分布,最后将两种方法的结果进行对比验证,并采用卫星影像云产品和探空数据对风场规律进行检验。结果表明,云顶三维参数解算模型计算精度较高,误差保持在2个像元内,模型解算与影像反演的风场相似性高、质量好、密度高、验证效果较好,清晰地反映出了高空的风场结构,证明了两种方法的可行性。

利用卫星双光谱反射率算法反演的云参数及其应用

云参数特征既是天气模式和云模式中云过程描述的依据,也是人工影响天气、云辐射气候效应、气溶胶-云-降水相互作用等研究的理论与应用基础。在目前的科技水平下.人类还难以获得大范围云内云参数特征信息,但仍可充分利用卫星光谱遥感探测结果,从反演获得的云顶附近云参数入手,逐步推进对全球云特性的认识。首先介绍了云参数的双光谱反射率算法原理及其发展算法,然后介绍了利用云参数研究气溶胶的间接效应问题,最后重点阐述了基于卫星测雨雷达与光谱逐日逐轨探测信号的融合数据,结合云参数双光谱反射率反演算法,对云参数与降水强度、类型及结构关系的研究,指出云顶附近的云粒子尺度及云水路径可以很好地指示对流降水云团的厚度及强度,并指出了内陆和洋面水云及非水云降水的云参数与其降水强度关系的差异。

基于支持向量机和FY静止卫星云参数的降水预测技术

将支持向量机分类方法应用于降水与非降水的分类预测。选用FY静止卫星反演的云光学厚度、云顶温度、云顶高度、云有效粒子半径作为特征分量,以Micaps 1 h雨量资料作为是否降水的类别标签,建立预测降水与非降水的分类模型,针对安徽地区2008年5-11月资料进行分析。结果显示,降水类的预测准确率在40%～60%,非降水类的预测准确率在90%以上。在分类模型中多加入微波辐射计观测的液水路径特征分量后,所得预测结果对降水类的预测准确率有所提高。通过完善和改进分类模型,预测分类的准确率有望进一步提高,该方法对降水预测有很好的业务应用前景。

基于时序数据分析的云参数法背景场构建

为了减少云参数法受年际变化的影响,以内蒙古自治区作为研究对象,计算多年云参数干旱指数;结合地面实地观测数据,选取合适的特征值作为背景场计算方法,构建云参数法背景场并修正云参数法干旱指数。研究结果表明:经云参数背景场修订后,2006年和2007年内蒙古中西部沙漠区以及东南部农田区的风险等级有所降低,高风险区范围明显减少;2008年西部偏北地区及东南地区高风险等级有所降低,范围有所减少;从2009—2011年2月份监测结果来看,本方法监测结果在空间分布上更具有连续性,风险等级更加符合实际情况。

基于云参数法的2010年西南旱情遥感分析

为了克服常规旱情监测获取信息少、人力物力投入大的缺点,可采用遥感技术对区域旱灾灾情进行快速监测与评估。基于2009年10月到2010年3月的FY-1D气象卫星影像和土壤墒情实测数据,利用云参数法,制作了我国西南地区干旱发生发展全过程的遥感监测系统图,并结合人口、耕地面积、有效灌溉面积和社会经济等信息进行了区域干旱灾害评估。得到了2010年3月该区域因旱饮水困难的总人口数和农业受旱面积,且结果与当地实际统计数据基本吻合,证明了该技术在旱情监测评估中的适用性。

一次飞机增雨作业的云参数变化响应分析

本文利用FY-2C静止卫星资料,以2013年5月8日四川盆地一次飞机增雨作业为例,反演了云顶温度、云顶高度、云粒子有效半径、液水路径、云光学厚度等云物理量参数,结合自动气象站资料和探空资料等,对此次飞机增雨效果进行了物理检验。结果表明:作业前,云顶温度-13℃,云粒子有效半径10μm,云体较厚,含有丰富的过冷水,具有较好增雨潜力;作业后,作业区云层增厚,云顶温度降低,云粒子有效半径增加至25μm,云顶冰晶化,冰水转化过程加快,产生了较多的降水,降水量增幅明显;作业后,对比区降水不充分,各云物理参数无明显变化。

监测旱涝的云参数方法研究

类似于降水量Ｚ指标法对旱情的监测，进行了云参数监测旱情的研究，建立了云量监测的Ｚ指标法。以１９８７～１９９２ 年的总云量和高云量的候平均资料为基础，求出１９９２ 年不同时段的Ｚ值，得到以图形表示的各时段的旱情监测结果，并与同期降水量Ｚ指标法的结果作了比较。分析表明，用云参数的Ｚ指标法监测旱情是可行的。由于云参数既容易获得又不受地区限制。

基于MODIS图像云参数定量监测算法

利用EOS卫星MODIS传感器的可见光和红外多光谱图像数据,对监测和识别云微物理特征的算法进行了研究,重点分析了云的检测与分类、云顶高度、云顶温度、云的光学厚度和云有效粒子半径等云参数定量监测的原理和算法,综述了当前国内外基于MODIS的云参数定量遥感研究的最新动态,最后总结了云参数定量化算法目前存在的主要问题,并对今后的发展趋势做出展望。

中尺度云参数化模式的引进及初步检验

依托2009年领军人才项目,山西省人工降雨办公室引进了中国气象科学研究院人影中心已经业务运行的MM5云参数化模式.本文介绍了该模式的定制、引进、移植、优化以及业务化试运行的基本情况,并详细介绍了该模式的系统功能、模式预报产品以及模式系统特点.文章还对模式运行以来的预报产品与实际的天气过程资料作了统计对比分析,初步对模式预报的真实性作了检验.

云参数对微波亮温模拟计算的影响试验

利用CRTM(Community Radiative TransferModel)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。

基于Himawari-8卫星的云参数和降水关系研究

基于日本Himawari-8卫星的云产品,对中国中东部地区2017年夏季(6—8月)每日08—17时的降水资料进行了分析,重点讨论了云光学厚度(COD)、云顶粒子平均尺度(CPS)、云顶温度(CTT)三个云参数与降水的关系。试验表明,降水概率与云参数相关性较高,存在随着COD增加、CPS增加、CTT减小而增加的明显趋势。但是,单个云参数与降水强度相关性则较低;COD、CPS、CTT与小时降雨率的相关系数分别为0.2315、0.1823、-0.2235,均为弱相关。如果综合考虑联合两个或三个云参数形成小时降雨率分布矩阵,则降水过程能得到更为清晰的体现。2017年8月28日的个例表明,相比纯粹基于红外的算法,三参数方法可以明显提高小时降雨率的估计精度。

FY-2C卫星反演云参数产品在湖南人工增雨抗旱中的应用

通过应用FY-2C卫星反演云参数产品分析湖南西北山区的一次台风外围云系降水过程,定量地初步了解了该云系的云宏微物理结构特征。结果表明,这种使用FY-2C卫星反演云参数和人工增雨云系模式产品结合当地典型增雨云系开展云宏微物理结构特征分析的做法是一种行之有效的国家级人影指导产品的释用方法。

卫星云参数与飞机云物理探测对比研究和飞行方案设计

开展卫星反演云特性参数与飞机观测的对比研究,对于更好地发挥卫星遥感观测在天气、云物理和人工影响天气方面的探测优势具有重要意义。选取2012年9月21日一次层状云降水过程,对比分析FY-2与MODIS反演云参数及飞机观测结果,探索了飞机检验卫星云参数的飞行方案。结果表明:FY-2反演云参数演变趋势与飞机观测结果有较好的一致性;FY-2反演有效粒子半径(Effective Radius,Re)和光学厚度(τ)与MODIS反演的Re和τ间相关性较好,但此个例FY-2反演值普遍小于MODIS反演值;探测区域FY-2反演Re频率分布与飞机观测Re分布有一定差异,FY-2反演Re偏小,MODIS反演Re频率分布与飞机观测结果更为接近;飞机观测计算得到的τ和液水路径值(Liquid WaterPath,LWP)与卫星反演τ和LWP差异较大,FY-2反演值明显偏小。对于Re的检验,飞机最好在Re分布不大均匀的云顶作较长距离平飞观测;对于LWP和τ等垂直积分参量的检验,飞机最好选择在光学厚度较均匀的小区域内螺旋爬升至云顶之上,再自云顶向下至最低高度进行垂直观测。