中国地球系统模式对全球地表入射短波辐射和大气逆辐射的模拟效果评估

以云和地球辐射能量系统(CERES)数据集为准,量化了中国地球系统模式对地表入射短波辐射和大气逆辐射时空变化的模拟性能,明确了多模式间模拟结果存在不确定性的区域。结果表明:中国模式均能模拟出北半球地表入射短波辐射和大气逆辐射“夏高冬低”的季节变化特征。陆地上,中国模式对两个辐射分量月均值的模拟结果与CERES相当,在海洋上低于CERES结果。中国模式能模拟出地表入射短波辐射下降、大气逆辐射上升的年际变化趋势。对于2001—2014年均值,中国模式模拟的地表入射短波辐射在海洋和陆地上较CERES分别偏低3.3和3.0 W·m^(-2),模拟的大气逆辐射在海洋上与CERES结果相当,在陆地上较CERES低1.3 W·m^(-2)。除南北纬30°附近之外,中国模式在其他纬度均低估地表入射短波辐射,以热带和北极最为明显。模式对大气逆辐射的模拟偏差呈纬向波动特征,模拟误差大值出现在高大山脉处。中国模式模拟地表入射短波辐射不确定性极大的区域分布在热带雨林和南极洲沿海,模拟大气逆辐射不确定性极大的区域分布在格林兰岛、青藏高原、安第斯山脉和南极洲沿海。

利用MODIS和CERES遥感数据研究青藏高原的云辐射强迫效应

准确估算青藏高原的云辐射效应,对分析该地区的近地面感热通量十分重要。本文首先利用加权平均方法,分别将中分辨率成像光谱仪(MODIS)、测云雷达(CPR)和云与地球辐射能量系统(CERES)的像元数据进行融合。利用这些数据,分析了青藏高原上多云个例(2017年5月5日)与少云个例(2017年8月2日)情况下的可见光通道和热红外通道的信号、云参数和大气长短波辐射强迫等的差异。研究表明,少云时高原地区的大气顶大气长波辐射强迫为108.3 W·m-2,多云时为104.5 W·m-2。同时少云个例中塔里木盆地的大气顶大气长波辐射强迫为200.7 W·m-2,表明该辐射强迫受到地表热力状况影响较大。深厚与浅薄云区的云顶高度相差不大,但多云个例中深厚云区的短波辐射强迫是浅薄云区的2倍多,这一比例远大于长波。这表明短波辐射强迫对云厚度较敏感。最后,本文分析了CERES观测的大气顶长短波辐射分别与MODIS热红外和可见光通道之间的关系,结果表明它们存在很好的相关性(相关系数超过0.95),MODIS的可见光通道可以用于估算大气顶的短波辐射量,而MODIS的热红外通道只可用来估算云区的大气顶长波辐射量。

利用地基微波辐射计反演兰州地区液态云水路径和可降水量的初步研究

液态云水路径(liquid water path,LWP)和可降水量(precipitable water vapor,PWV)是描述天气和气候的两个重要物理量。目前,针对液态云水路径和可降水量的直接观测较少,特别是在我国干旱半干旱黄土高原地区,至今没有获得系统的观测值。本文利用兰州大学半干旱气候与环境监测站(SACOL)近两年的微波辐射仪观测资料,分析了黄土高原半干旱区液态云水路径和可降水量的变化特征。首先引入Liljegren et al.(2001)的反演方法并加以改进,计算得到适合黄土高原地区的反演参数,利用改进后的反演方法计算近两年的液态云水路径和可降水量。分析结果显示,与TP/WVP-3000型12通道微波辐射计的直接输出结果相比,本文反演结果与实际情况更加吻合。在SACOL代表的黄土高原地区,95%的云水路径值都在150g/m2以下,95%的可降水量值都在3cm以下。由于SACOL的降水受亚洲季风的影响,液态云水路径日均值冬季最小,秋季最大,其日变化规律显示半干旱区液态云水路径大体上呈双峰分布,峰值主要出现在日出和日落时分。卫星反演资料的年变化趋势与地基反演结果比较吻合。因此,运用卫星反演的液态云水路径来分析我国西北地区的空中云水资源是一种比较可信的手段。

TRMM卫星和全球降雨观测计划GPM及其应用

全球变暖和气候变化影响全球水循环,从而导致异常天气,如频繁的大雨和干旱。热带降雨观测卫星TRMM和全球降雨观测计划GPM是进行全球尺度的降雨观测的国际卫星观测计划,对全球变化研究具有很大作用。首先介绍了热带降雨观测卫星TRMM的概况及其5个有效载荷,即降雨雷达、可见/红外扫描仪、微波成像仪、云和地球辐射能量探测器以及闪电成像仪;接着介绍了即将于2007年发射的全球降雨观测计划GPM;最后介绍了TRMM卫星的应用。

静态红外地平仪的光学系统优化设计

分析了静态红外地平仪对卫星姿态测量的影响因素,发现测量误差主要来源于冷云的干扰,为了避开冷云的干扰,减少测量误差,又不使地平仪系统所接收的地球辐射能量太低,需要对光学系统重新进行优化设计。通过重新选择光学波段,并加大光学系统的通光口径,实现了光学系统的优化设计,对优化后系统进行分析计算,相对于优化前,系统所接收到的地球辐射总能量最多降低5%,但冷云的干扰却减少了30%。结果表明光学系统的优化设计将会大大提高静态红外地平仪对卫星姿态的测量精度。