从FY-4静止气象卫星估算晴空地表下行长波辐射通量的反演模式

通过红外辐射传输模拟,计算了446183条全球晴空大气廓线的地表下行长波辐射通量以及FY-4成像仪通道亮温,应用统计回归分析模拟结果,建立了通道亮温与低层大气有效辐射温度的回归关系、大气柱总可降水量与低层大气比辐射率的回归关系,依据黑体辐射定律建立了由卫星观测估算地表下行长波辐射通量的反演模式。初步地,模式应用于FY-4成像仪代理资料Meteosat-8卫星的SEVIRI(Spring Enhanced Visible and Infared Imager)仪器观测数据,估算了2006年8月1日00:00(协调世界时,下同)、06:00、12:00、18:00地理范围在(45°S^45°N,45°W^45°E)的地表下行长波辐射通量,结果与用ECMWF 6 h预报场资料经验计算的通量相比,系统均方根误差(RMS)依次为12.1、13.0、20.7、12.5 W/m2,相关系数分别为0.9256、0.9291、0.9042、0.9325,相比于GOES-R同类产品(RMS=13.7 W/m2),这一直接把卫星通道亮温与低层大气温度相联系的反演模式,其精度性能达到了应用研究对其反演产品的质量要求。

定量遥感地表净辐射通量所需大气下行长波辐射估算模型改进

利用半湿润季风气候类型夏季近地层气象观测资料,对得到广泛应用的十种晴天大气下行辐射估算模型和两种昙天大气下行辐射估算模型进行检验。指出其中Iziomon(2003)晴天大气下行辐射估算模型是半湿润季风气候类型夏季较适用的估算模型。然而,在有云天空,Iziomon(2003)昙天估算模型误差比较大。本文依据实测资料,对Iziomon(2003)昙天大气下行辐射估算模型进行修正,修正后的模型估算值与实测值非常接近。由于应用常规气象站的大气温湿度来估算大气下行辐射仅代表近地层大气对其的贡献,不能反映整层大气的贡献,尤其在近地层与高空大气的水汽状况不一致时,上述模型将有较大的误差。为此本文结合Iziomon(2003)晴天模型中大气比辐射率的表达式,提出了运用红外辐射计以37°高度角对天空的观测值,来推算大气下行辐射的新方法。小汤山的试验数据表明,新模型的反演精度优于上述传统模型。

从FY-4A卫星遥感数据和GFS资料估算全天空状况下的地表长波辐射通量

本文介绍一种利用FY-4A成像仪遥感数据和全球预报系统(GFS)资料估算全天空地表长波辐射通量的反演方法。该方法通过辐射传输模拟和统计回归计算建立云天地表下行长波辐射通量的反演模式,并基于GFS资料处理云覆盖地区的地表上、下行长波辐射通量。这种全天空状况下两种通量的反演结合了FY-4A晴空地表长波辐射业务产品和本文反演模式处理的云天地表上、下行长波辐射通量。2018年9月1日的处理结果与Aqua/CERES同类产品相对比,精度为:RMSE=20.52 W·m^-2,R=0.9481,Bias=3.3 W·m^-2(夜间地表下行辐射通量对比);RMSE=25.58 W·m^-2,R=0.9096,Bias=5.4 W·m^-2(白天地表下行辐射通量对比);RMSE=10.97 W·m^-2,R=0.9762,Bias=-3.3 W·m^-2(夜间地表上行辐射通量对比);RMSE=19.97 W·m^-2,R=0.9283,Bias=5.0 W·m^-2(白天地表上行辐射通量对比)。这些结果表明本文发展的方法能够反演出精度较好的云天上下行长波辐射通量资料,为今后利用FY-4后续星处理生成全天空状况下的地表长波辐射通量产品奠定了理论基础。

运用热惯量估算大气下行长波辐射的遥感方法——以Landsat/TM为例

利用2004年北京小汤山精准农业示范基地星地同步试验中获取的自动气象站和红外辐射计观测资料,建立Landsat卫星过境时刻地表辐射温度T和空气温度T0的关系式,利用北京21个常规气象站观测资料,以及2004年5景TM图像,建立热惯量与大气水汽压的经验关系式,将获取的两个关系式代入得到广泛引用的Izionmon(2003)晴天大气下行辐射估算模型中,率先提出了根据像元的热惯量、地表辐射温度等遥感参数反演像元大气下行辐射的空间估算模型。通过利用实际测量值,对一个点的大气下行辐射估算值反演的地表净辐射通量和利用逐个像元估算的大气下行辐射估算值反演结果精度验证表明:利用逐个像元的大气下行辐射值估算地表净辐射通量,比利用单一大气下行辐射值来估算,精度提高了9.5%。这表明利用热惯量和地表辐射温度等遥感参数来估算非遥感参数大气下行辐射的思路是可行的,而且有应用前景。

从Himawari08卫星估算晴空地表长波辐射及其日变化特征初探

通过446183条全球晴空大气廓线的红外辐射传输模拟和统计回归,建立了由Himawari08成像仪通道遥测数据估算晴空地表上行、下行长波辐射通量的反演模式,模式应用于成像仪观测资料,处理出晴空地表上行、下行长波辐射通量实时产品,2016年2~6月的产品精度验证试验结果为:与相同时刻的AQUA卫星CERES仪器同类产品相比,地表上行通量均方根误差Re=7.9 W/m^2,相关系数R=0.9399,地表下行通量Re=14.5 W/m^2,R=0.9586;与由中国地面气象站地面气温和相对湿度观测经Brunt、Brutsaert经验公式计算的实时地表下行长波辐射通量相比,Re=15.34 W/m^2,R=0.8786;与用陆表温度计算的地表上行长波辐射通量相比,Re=12.6 W/m^2,R=0.9977。研究了2016年2、6月的晴空地表长波辐射产品,发现陆地晴空上、下行通量有着与太阳加热地表增温相应的明显日变化特征,峰值出现在12:00(当地时间,下同)至14:00,低谷出现在04:00至07:00,下行通量与上行通量几乎同步变化或约有延时,陆地上2个通量归一化的日变化指数类似一个半正弦曲线,而海面长波辐射通量则没有明显的日变化规律。

科尔沁沙地流动沙丘与玉米地辐射特性比较分析

利用2001年夏季内蒙古科尔沁沙地地区大气边界层实验观测资料,对比分析了流动沙丘和临近流动沙丘的玉米地两种典型下垫面的辐射通量特征。结果表明流动沙丘和玉米地地区的总辐射与大气逆辐射相近,差异不足2%。净辐射、地表反照率、有效辐射存在较大差异,流动沙丘的净辐射明显小于玉米地,其中反照率差异的贡献约为60%,长波辐射差异的贡献约为40%。流动沙丘的反照率、有效辐射明显大于玉米地,反照率高出中国西北HEIFE实验沙漠地区约10%,有效辐射则小于沙漠地区。

基于OLR资料的青藏高原地区对流活动研究

本文利用1980~2019年美国NOAA系列卫星观测的向外长波辐射(OLR)月平均资料和欧洲中心ERA5月平均地表热通量资料,研究青藏高原(以下简称高原)地区OLR与对流活动的时空分布及其演变特征,以及地表热通量与高原夏季对流活动之间的关系。结果表明:高原地区平均OLR强度由高原周边地区向中部递减,高原东部OLR低于西部,高原东部对流活动显著强于西部;近40年高原OLR总体呈较平稳的增强趋势,存在显著的6年与2~3年的周期特征,对流活动总体呈缓慢减弱趋势,但不同区域不同季节对流活动的变化趋势存在差异,其中夏季高原对流活动呈增强趋势,其他季节则以减弱趋势为主。各季节在高原三江源地区附近对流活动均呈减弱趋势,在高原南部喜马拉雅山脉北侧地区,对流活动则呈一致的增强趋势。夏季高原地表潜热通量普遍强于地表感热通量,且二者分布型近似相反。高原对流活动演变与地表感热、潜热通量均有关,且与地表感热通量的关系更为密切,二者之间普遍存在负相关关系,且在高原西部最为显著;地表潜热通量与高原东西部对流活动间相关呈东西向偶极型分布,在高原西部二者之间存在正相关关系,在高原东部则表现为负相关。