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。

近20年来我国夏季强对流云顶气压的空间分布及变化趋势

利用ISCCP(International Satellite Cloud Climatology Project)最新的D2云气候资料集,分析了1988至2007年6-8月我国云顶气压的空间分布及变化趋势,并结合中国气象局国家气象信息中心发布的中国均一化历史气温、相对湿度和大气压强数据集,进行了相关分析,讨论了其变化成因。结果表明:近20年来我国夏季强对流云顶气压在青藏高原、新疆天山地区、甘肃、云南、两广沿海、四川中西部和内蒙古中部较低,云顶发展较高。新疆天山以北和华北地区的变化趋势最明显,其中,新疆天山以北地区云顶气压降低,云顶高度升高,主要与该地区变暖变湿有关;而华北地区云顶气压升高,云顶高度降低,这很可能是由于该地区气溶胶含量的增加造成的。

季风区降水δ18O与云顶气压关系

不同于高纬地区,中低纬度季风区降水稳定同位素变化较复杂,降水稳定同位素＂温度效应＂不明显,而出现显著的＂降水量效应＂.而通过地表的数据分析很难解释影响季风区降水稳定同位素变化的过程与机制,这使得对于季风区稳定同位素气候记录的解释存在不同认识.本文利用GNIP降水稳定同位素数据和ISCCP D2云气候资料,通过分析降水δ18O与云顶气压的关系,试图从降水过程中的水汽传输来解释季风区降水稳定同位素的变化特征.研究发现季风区降水δ18O与云顶气压在局地和区域尺度上均有显著正相关关系,夏季风爆发时云顶气压和降水δ18O都显著降低,表明云抬升高度对降水δ18O的重要影响.这种关系表明季风区降水δ18O除受局地过程的影响外,还受大尺度对流活动的影响.本研究从不同角度证明了对流降水是季风区降水稳定同位素出现＂降水量效应＂的重要因素.季风活动越强,云顶高度越高,凝结温度越低,从而导致降水中δ18O越低,是出现同位素＂降水量效应＂的机制.

使用MODIS数据对云顶高的反演研究

在地球大气能量收支平衡过程中,云具有特别显著的调节作用,是影响气候变化的一个非常重要因子,云的辐射特性和它的高度影响到辐射的收支可以导致地球的变暖或变冷。云顶气压是一个非常重要的云参数。目前有很多方法被用来估计云参数,而CO2薄片算法则是使用被动遥感资料反演云顶性质的重要方法之一。这项技术应用于HIRS资料上已经有20年的历史,而EOS系列地球环境卫星的升空,使EOS上搭载的MODIS探测器成为第一个拥有CO2薄片波段的高空间分辨率探测器。本文描述CO2薄片算法的理论模型和应用中的问题,结合实例进行分析,并讨论误差,以及对未来的展望。

MODIS数据的云顶高度反演

云的辐射特性和它的高度影响到辐射的收支可以导致地球的变暖或变冷,在地球大气能量收支平衡中．云具有特别显著的调节作用,是影响气候变化的一个重要因子。云顶性质包括云顶气压、云顶温度和有效云量或有效比辐射率。很多方法被用来从多光谱资料中估计云参数,而CO2薄片算法(截断法)则是使用被动遥感资料反演云顶性质的重要方法之一。利用15μmCO2吸收带的几个吸收不同的MODIS红外波段,对于大气不同高度层次的不同敏感度,通过从地球大气系统的几个CO2波段同时测量向上红外辐射,以及大气的温度和透射率廓线的基础上,可以推断出云顶气压。这项技术应用于HIRS资料上已经有20年的历史,而EOS系列地球环境卫星的升空,使EOS 上搭载的MODIS探测器成为第一个拥有CO2薄片波段的高空间分辨率探测器。本文依据CO2薄片算法(截断法) 的理论模型结合实例讨论算法的特点及不足,同时分析其误差以利改进。

FY?4A卫星云顶参数精度检验及台风应用研究

基于2018年中国东南沿海台风观测实例,以美国EOS/MODIS极轨气象卫星和日本第二代静止气象卫星Himawari-8为参照,对我国FY-4A静止气象卫星的云顶高度(Cloud Top Height,CTH)、云顶温度(Cloud Top Temperature,CTT)和云顶气压(Cloud Top Pressure,CTP)三个产品的精度进行了对比,并分析了其在台风应用中的表现。结果表明:FY-4A卫星云顶参数产品与MODIS和Himawari-8同类产品均具有很好的线性相关关系,其中FY-4A与MODIS的相关系数最大(r≥0.98),平均值偏差最小,特别是在具有深厚密蔽云的台风中心和内雨带区,各卫星反演参数的精度更加接近,如在台风中心,FY-4A与Himawari-8的CTT、CTH和CTP分别相差0.78℃、30 m和0.2 hPa。FY-4A云顶参数产品质量可靠,与MODIS和Himawari-8等国际同类卫星精度相当,适合深厚的台风云系分析。偏差产生主要受透明薄卷云和小尺度云存在的影响,这与仪器的空间分辨率、不同仪器对云的探测能力以及云检测算法相关。

2001―2021年东亚地区CTP时空模态特征分析

基于2001年1月至2021年12月期间MODIS和AIRS遥感反演数据,利用经验正交函数(EOF)、MK趋势分析、最小二乘法等方法研究了东亚地区近21年的云顶气压(CTP)时空模态特征及变化趋势。结果表明:东亚地区CTP从东北到西南呈逐渐递减趋势;四季变化差异性较大,呈现“√”字型变化,表现为冬季气压值最高、夏季最低;受地理位置和纬度带影响,CTP的高值区在一年四季均分布在东北地区上空,低值区始终位于青藏高原地区。在中国的广西、广东和缅甸、印度等地属于热带季风区,在冬季受干冷气流的影响,容易形成CTP高值区。东亚地区主要以中云分布为主,低云区主要集中在中国东北、京津冀、朝鲜半岛和中纬度海洋地区,在中国中原地区、南方地区(广西、广东和长江中下游各省地区)以及新疆部分地区以中云为主,高云主要出现在中国青藏高原和塔克拉玛干沙漠。通过趋势分析发现,在2001年至2021年间,CTP在中国的新疆、印度半岛、缅甸、蒙古和贝加尔湖等区域呈现较高的增长趋势,而在中国的青藏高原、南部沿海等部分区域以及东部海域均呈较明显的下降趋势。东亚地区部分区域的CTP与地表温度、湿度、水汽和云量均呈现较为显著的相关性,因此CTP的变化可以在一定程度上反应区域性天气变化情况。

云参数对RTTOV5模式模拟误差的影响分析

该文根据 1 998年 8月的业务TOVS反演的温度、水汽垂直廓线资料以及其它资料 ,利用RTTOV5模式模拟NOAA1 4极轨气象卫星上相应红外探测 (HIRS)通道的辐射亮温值 ,将模拟值对比实测TOVS探测资料 ,结果表明 ,晴空模式模拟亮温与实测值的误差小于部分有云时的误差 ,模拟误差受云的影响呈反相变化 ,对水汽敏感的中低层探测通道在晴空时的误差小于部分有云情况 ;通过对比白天和夜间短波窗区探测通道模拟误差 ,分析了其受地面反射太阳光辐射的影响的大小及其原因所在 ;并利用RTTOV5的伴随模式和Jacobine模式分析了模式模拟误差对初始场云参数的敏感性。该研究为TOVS/ATOVS探测资料在3DR或