利用热带测雨卫星的测雨雷达资料对1997/1998年ElNio后期热带太平洋降水结构的研究

利用热带测雨卫星的测雨雷达 (TRMMPR)的探测结果 ,对 1 997 1 998年ElNin～o后期热带太平洋的降水结构进行了研究 ,并对比了非ElNin～o的 1 999年和 2 0 0 0年的同期降水情况 ,取得如下结果 :( 1 ) 1 997 1 998ElNin～o后期与非ElNin～o期间相比 ,1 997 1 998ElNin～o后期 ,热带东、中太平洋层云降水和对流云降水的比例明显增大、平均降水率也增大 ,并且层云强降水的比例增多 ,而层云弱降水比例减少。 ( 2 )在非ElNin～o期间 ,热带东、中太平洋对流云降水系统较为浅薄 ,冻结层高度比西太平洋低约 0 5km ;而在 1 997 1 998ElNin～o后期 ,这种差异明显减小 ,热带东、中太平洋对流云降水和层云降水都变得深厚 ;对流云降水和层云降水的降水率随高度的变化也发生了变化。 ( 3)对大气环流的分析表明 ,对应于降水结构的变化 ,热带太平洋地区的高空辐合辐散分布也发生了改变 ,导致Walker环流在 1 997 1 998ElNin～o后期减弱。

基于热带测雨卫星探测的东亚降水云结构特征的研究

利用热带测雨卫星的测雨雷达(TRMMPR)、微波成像仪(TMI)、可见光和红外辐射计(VIRS)、闪电成像仪(LIS)对降水云的综合探测结果,结合全球降水气候计划降水资料(GPCP)和中国气象台站雨量计观测资料,分析了东亚降水分布特点,并比较了TRMMPR与GPCP及地面雨量计观测结果的差异;揭示了中国中东部大陆、东海和南海对流降水和层云降水平均降水廓线的季节变化特征及物理意义,以及TMI高频和低频微波信号对地表降水率变化的响应特点;通过对中尺度强降水系统、锋面气旋降水系统和热对流降水系统的个例分析,探明了降水结构及其与闪电活动的关系、降水云顶部信息与地表雨强之间的关系。

TRMM测雨雷达和微波成像仪对两个中尺度特大暴雨降水结构的观测分析研究

文中利用TRMM卫星的测雨雷达和微波成像仪探测结果,研究了1998年7月20日21时(世界时)和1999年6月9日21时发生在武汉地区附近和皖南地区的两个中尺度强降水系统的水平结构和垂直结构,以及TMI微波亮温对降水强弱和分布的响应。研究结果表明:这两个中尺度强降水系统中对流降水所占面积比层云降水面积小,但对流降水具有很强的降水率,它对总降水量的贡献超过了层云降水。降水水平结构表明,两个中尺度强降水系统由多个强雨团或雨带组成,它们均属于对流性降水;降水垂直结构分析表明,强对流降水的雨顶高度可达15km,强对流降水主体中存在垂直方向和水平方向非均匀降水率分布区,层云降水有清晰的亮度带,层云降水的上方存在多层云系结构。降水廓线分布表明:对流降水廓线与层云降水廓线有明显的区别,并且降水廓线清晰地反映了降水微物理过程的垂直分布。整个中尺度强降水系统中对流降水与层云降水的区别还反映在标准化的总降水率随高度的分布。微波信号分析表明:TMI85 GHz极化修正亮温,19.4与37.0,19.4与85.5,37.0与85.5 GHz的垂直极化亮温差均能较好地指示陆面附近的降水分布。

热带测雨卫星综合探测结果之“云娜”台风降水云与非降水云特征

为了解降水云与非降水云相应的微波信号、云水、雨水及潜热特征,文中利用热带测雨卫星搭载的测雨雷达、微波成像仪及红外辐射计探测的匹配融合结果,就2004年8月“云娜”台风进行了个例分析研究。结果表明:“云娜”台风过程中深厚降水云占79%,中云和低云降水仅分别占10.6%和10.4%;非降水低云所占比例最大(45.5%),高云其次(34.1%)。降水云中大粒子居多,非降水云粒子有效半径分布宽。深厚降水云中冰、水含量成正比;中等厚度降水云中的冰含量相对稳定,但液态水含量变化大;深厚和中等厚度非降水云中的冰、水含量皆成反比。对降水率、气柱潜热、气柱云水和云冰沿台风径向分布的分析结果发现,台风生成前的低压中心附近降水率和气柱总潜热比随后时次均大,表明降水释放潜热对“云娜”台风的形成起到了非常重要的作用;在台风形成后,降水率和气柱总潜热自台风云墙向外减小;随着台风的成熟,降水率和气柱总潜热沿台风径向分布趋于稳定。潜热廓线分析表明,深厚降水云潜热释放在对流层中上部(3 km以上),最大潜热高度约4.5 km。对降水云和非降水云的冰、水含量平均垂直廓线分析表明,深厚和中等厚度的降水云中水粒子含量具有相似的平均廓线,最大值(约0.03 g/m3)位于4—5 km高度,降水低云中的水粒子含量最大值(约0.07 g/m3)位于4 km高度;对于非降水云,3种不同高度的潜热廓线、水和冰粒子含量廓线相似,反映了TRMM反演算法对这些参数的反演仍存在缺陷。

热带测雨卫星搭载的仪器及其探测结果在降水分析中的应用

针对降水遥感和探测,简要介绍了卫星红外遥感方法和被动微波遥感方法,着重讨论了热带测雨卫星及其搭载仪器。随后介绍了热带测雨卫星多仪器探测结果的应用,并以夏季热对流降水为例,分析了其降水结构、云顶高度和雨顶高度及其与地表降水之间的关系,同时也阐述了如何利用热带测雨卫星和测雨雷达长时间资料,来分析亚洲地区降水的气候分布。最后对卫星主动微波探测降水的发展做了简要展望。

热带测雨卫星测雨雷达探测的亚洲夏季积雨云云砧

热带测雨卫星(TRMM)测雨雷达探测产品资料中"其他"类型降水一直被忽略,它具有什么物理含义也无从知晓。文中利用个例分析和统计分析方法,对10年夏季亚洲"其他"类型降水进行了研究。个例分析结果表明"其他"类型降水的平均廓线表现了积雨云云砧特征,其廓线峰值(约0.6—1.0 mm/h)高度位于8—10 km,且云砧顶部具有0.8以上的可见光平均反射率和低于215 K远红外平均亮温;根据个例中积雨云云砧廓线特点,文中定义5 km以上各层累计降水率大于1 mm/h为云砧廓线,对亚洲夏季积雨云云砧样本进行了统计,结果表明该地区夏季云砧样本占"其他"类型降水样本总数的近70%;统计结果还表明夏季亚洲积雨云云砧出现频次为0.1%—0.4%,它至少超过对流降水频次的十分之一,亚洲云砧出现频次的特点是陆面高于洋面;云砧的结构特点表明云砧平均厚度3—4 km,其底部高度约6 km,顶部高度在10—12 km;云砧的平均可见光反射率在0.8—0.9,远红外平均亮温低于220 K。

TRMM卫星对一次冰雹降水过程的观测分析研究

利用TRMM卫星上时空匹配较好的测雨雷达(PR)、微波成像仪(TMI)、可见光和红外扫描仪(VIRS)观测资料,研究了1999年5月9日发生在黄淮地区的一次冰雹降水过程。根据卫星接连3个轨道的观测,综合分析了此次强对流降水过程在不同阶段的降水结构、云顶亮温和降雨厚度以及相应的微波亮温变化特征。观测分析表明,此次降水过程由对流很强的冰雹降水逐渐演变到对流渐弱的暴雨降水。冰雹降水阶段,云中有多个强对流单体,云体中高层有大量的固态降水粒子,使得中高层降水量在降水柱含量中贡献远大于融化层降水量的贡献;暴雨降水阶段,若干对流单体被大面积的层云降水包围,降水高度逐渐降低,云体中高层降水量明显减少,融化层降水量对柱含量的贡献明显增加。降水率廓线中不同高度的降水量对降水柱含量贡献的比较表明:中高层降水量占的比例越大,降雨云对流越强,反之,融化层降水量占的比例越大,降雨云越趋向为稳定的层云。微波亮温信号在不同降雨阶段随雨强的响应程度大不相同,这表明在反演地面降雨时,最好结合降雨云的结构特征及其发展阶段,针对不同降雨类型选取最为有效的微波通道组合来建立最佳反演模式。

TRMM卫星测雨雷达及其应用研究综述

热带降水测量卫星测雨雷达 (TRMM- PR)是第一部星载测雨雷达。卫星于 1997年 11月 2 8日成功发射 ,其测雨雷达经过在轨测试定标之后 ,已向地面发回大量的雷达观测信息。本文主要根据 1999年 7月召开的第 2 9届雷达气象国际会议的文集和作者所看到的其它文献资料 ,简要介绍该卫星。

基于TRMM PR探测资料的青藏高原东坡降水结构特征分析

利用热带测雨卫星(TRMM)探测资料和ERA5再分析资料,研究了2006年7月6日发生在青藏高原东坡的一次强降水过程,并在此基础上分析了青藏高原东坡夏季(6—8月)的降水结构特征。研究结果表明:青藏高原东坡较强降水个例发生在低层辐合、高层辐散的降水环境背景场中,雨带呈东北-西南分布,最大降水强度超过20 mm·h^(-1)。对流降水回波顶高超过17 km,层状降水回波顶高低于15 km,6.5 km高度存在亮带,且外形也似非高原地区的层状降水垂直结构。统计分析表明在高原东部偏南区、高原东部与四川盆地交界区南部的夏季降水频次高,而在高原东部偏北及四川盆地的降水频次、对流和层状降水频次均比上述地区小;多年夏季的日均降水量分布大体与降水频次分布类似。降水反射率因子的垂直结构具有地域性特点,高原东部偏南和偏北区的回波垂直结构相似,因受到地形高度的压缩,其降水垂直结构与非高原地区的不同;而高原东部与四川盆地交接区的降水垂直结构外形,介于高原与非高原之间;四川盆地的对流降水和层状降水垂直结构与中国东部平原及热带副热带洋面的相近,但层状降水的亮带高度高出1 km。

中国南方地基雨量计观测与星载测雨雷达探测降水的比较分析

利用热带测雨卫星(TRMM)上搭载的测雨雷达(PR)探测结果和中国40°N以南地区约430个台站雨量计观测结果,分析研究了1998 2005年中国南方地区这两种降水资料气候分布的异同。研究结果表明两种降水资料在2.5°空间水平分辨率上,所描述的中国南方降水率气候分布在多年年平均和季平均上具有较好的一致性,但在降水率极值和极值区范围大小等细节上两者还存在一定的差异,主要是地面雨量计结果相对PR结果偏高,其中中国南方50%以上地区两者相差在1 mm/d以内、30%的地区两者相差在1-2 mm/d,夏季差异可超过2 mm/d。对两种降水资料差异的原因分析表明,地面雨量计空间分布密度是影响两者差异的决定性因素,当格子内雨量计超过6个时,两者的相关系数大于0.7;夏季两种降水资料的相关性都比其他季节差,不论格子内的雨量计数量多与少;对流降水多发地区,两种降水资料之间的差异大于层云降水多发地。利用PR探测结果对夏季青藏高原多年月平均降水率分布及高原东、西部的降水特点的分析表明,6月高原东部出现2 mm/d左右的降水区,而在7和8月1 mm/d的降水区域基本覆盖了除高原西部以外的整个高原,其中高原中部地区出现降水率近3mm/d的大值区。月降水距平的时间演变表明,高原降水偏少月份要多于偏多月份。

卫星资料的测雨产品在沈阳地区的适用性

利用2009—2011年夏季TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)卫星的3B42测雨产品资料,与沈阳地区的降水事件进行对比,分析TRMM卫星探测的降水产品与沈阳国家观测站(区站号:54342)气象资料之间的差异,探讨TRMM卫星在沈阳的探测能力。结果表明:(1)TRMM卫星探测的降水量级偏小,降水事件的变化趋势存在明显差异;(2)6—7月TRMM卫星的探测结果能够揭示沈阳地区降水量的变化特征,但在7—8月存在误差;(3)对小雨探测的TS评分在0.35~0.45之间,但对小雨以上量级的探测能力存在明显不足。

利用TRMM卫星资料对“07.7”川南特大暴雨的诊断研究

利用TRMM卫星探测结果,结合多普勒雷达风廓线资料,研究了2007年7月9日发生于四川盆地南部的一次特大暴雨过程在不同阶段的降水粒子风廓线、潜热和降水结构特征。结果表明:(1)大暴雨区存在低层辐合、高层辐散的典型垂直环流结构。(2)强降水系统由一个主降水云团和多个零散降水云团组成;降水系统中对流降水所占面积比层云降水面积小,但对流降水具有很强的降水率,对总降水量的贡献超过层云降水。(3)降水发展旺盛阶段,强对流降水的雨顶高度可达17 km,强降水主体中垂直方向和水平方向均存在非均匀的降水强度分布;减弱阶段,强降水雨顶高度仅10 km左右,且其层云降水有清晰亮度带。

利用TRMM PR和IGRA探测分析的拉萨降水云内大气温湿廓线特征

利用热带测雨卫星测雨雷达(TRMM PR)降水回波反射率因子廓线(降水率廓线)与全球探空大气温湿廓线(IGRA)的多年融合资料,研究了青藏高原拉萨站夏季降水结构及相应的大气温湿结构特征。结果表明,该站降水回波反射率因子分布在17~45 dBz,大部分小于26 dBz;回波顶高度达17 km,呈现“瘦高”外形;相应的大气低层湿润,降水云内大气并非饱和,但温度露点差比全部状态时的值小。深厚降水系统的回波外形也呈现“瘦高”,按照降水率随高度的非线性变化,其垂直结构可分为三层,而浅薄降水系统的垂直结构呈现一层,即平均降水率斜率随高度呈对数线性变化,最大平均降水率(0.7 mm·h^-1)出现在地面。深厚降水与浅薄降水云体内400 hPa高度(7.5 km)上下的露点温度递减的速率不同。降水云体内的零度层高度大约6.3 km,但PR没有探测到零度层亮带。统计结果还表明拉萨探空站及附近的大气可降水量为20.89 mm·d^-1,降水转化率为27.0%,深厚降水系统的降水转化率是浅薄降水系统的2.9倍,深厚降水系统和浅薄降水系统的CAPE值分别为1941.7 J·kg^-1和1451.8 J·kg^-1。本研究结果为模式模拟青藏高原降水云内的温湿结构提供了观测依据。

热带气旋气候持续性降水模型R-CLIPER本地化研究

热带气旋(简称TC)气候持续性降水模型(简称R-CLIPER)是基于对北大西洋TC或全球TC观测的一种TC降水统计参数模型,具有输入简单、计算快捷的优点,可实现气候尺度TC降水模拟,并为TC降水预报和风险预估提供技术支撑。以西北太平洋地区TC为研究对象,对R-CLIPER模型进行本地化研究。首先,基于热带测雨卫星(TRMM)及风云卫星(FY2C/2E)降水数据,提取TC不同强度等级(即超强台风、强台风、台风、强热带风暴、热带风暴、热带低压共6个)的降水径向平均廓线;其次,结合R-CLIPER模型框架,研究面向全局最优的TC降水廓线参数化拟合方法,分别构建基于TRMM和FY2C/2E降水数据的西北太平洋R-CLIPER,即TRMM-R-CLIPER-WNP(模型1)和FY-R-CLIPER-WNP(模型2);最后,针对2012—2013年西北太平洋62个TC及2009—2021年影响浙江的26个TC,从拟合误差、降水落区两个方面对模型进行评估。结果表明:(1)TC的TRMM降水廓线在峰值区相对尖锐,而FY2C/2E廓线则更平滑、细节刻画更精细,可能原因是后者分辨率更高;(2)TRMM廓线和FY廓线参数化的均方根误差(RMSE)分别为0.28mm·h^(-1)、0.51mm·h^(-1);(3)基于站点数据TC降水落区评分表明,当降水阈值小于3mm·h^(-1)时,模型1模拟值的ETS评分优于模型2,当阈值大于3mm·h^(-1)时模型2结果更优,两者均表现出TC中心海上比陆上评分更优,即两者均表现出热带气旋的中心降水强度预报海上准确率比陆上更高。(4)使用参数化拟合方法,可将R-CLIPER模型在西北太平洋地区TC降水模拟的准确度提升5.5%;同时还揭示出TC降水模拟误差受模型数据源、模型框架、参数化方案等因子影响。

赣江流域TRMM降水数据的误差特征与成因

阐明TRMM 3B42V6(Tropical rainfall measuring mission 3B42 version 6)的误差特征及成因,对于合理使用该卫星降水数据,并完善其降水反演算法具有重要意义。在赣江流域0.25°×0.25°空间尺度上,对比了TRMM 3B42V6、TRMM 3B42RTV6和CMORPH的精度特征。结果表明,3B42V6的系统偏差远低于3B42RTV6、CMORPH,但平均绝对值偏差、效率系数和探测率均明显劣于CMORPH。TRMM 3B42V6的系统偏差较低的原因主要在于该数据采用地面月降水量进行了校准,而其绝对值偏差、效率系数和探测率明显劣于CMORPH的主要原因在于所采用的热红外/被动微波降水联合反演算法不及后者有效。今后有必要对TRMM 3B42的精度进行全面评估,并改进该数据的热红外/微波降水反演算法及与地面降水信息的融合算法。

0302号(鲸鱼)台风降水和水粒子空间分布的三维结构特征

由于缺乏关于台风结构信息的高分辨率资料,即探测台风云系内部结构特征的技术限制,造成了进一步理解台风的动力传送特征的困难。作者用热带测雨卫星(TRMM,Tropical Rainfall Measuring Mission)的测雨雷达(PR,Precipitation Radar)和TRMM微波图像仪(TMI,TRMM Microwave Imager)资料详细研究了“鲸鱼”台风(0302号)于2003年4月16日1105 UTC的降水和降水云系中各种水粒子的三维结构特征。通过分析发现该时刻:(1)台风降水中大部分区域为层性降水(占总降水面积的85.5%),对流性降水占总降水面积的13.1%,但对流性降水的贡献却达到41.8%,所以,虽然对流性降水所占面积比例很少,但是它对总降水量的贡献却很大。(2)60%降水主要集中在距离台风中心100 km以内的区域,约占总降水量的60%。(3)各种水粒子含量随着与台风中心距离的增加而减少。降水云系中水粒子最大含量出现高度与水粒子的种类和与台风中心的距离有关。最后,分析了台风降水和降水云系中三维分布的成因。

用TRMM资料研究江淮、华南降水的微波特性

热带测雨卫星TRMM(TropicalRainfallMeasuringMission)于 1 997年 1 1月发射成功 ,其首次携带了空载雷达 ,有关资料已在网上对公众发布。利用热带测雨卫星上的微波成像仪TMI(TRMMMicrowaveImager)资料以及其和测雨雷达TRMM/PR(PrecipitationRadar)资料联合反演的地面瞬时降水产品 ,采用散射指数 (Is)法从理论上探讨了我国江淮、华南降水尤其是暴雨的微波特性 ,其中Is 表达式通过江淮、华南晴空TMI资料统计回归得到。以联合反演的地面瞬时降水产品为真值 ,用面积相当法对 1 4个降水个例求Is降水阈值 ,研究了阈值和降水面积以及 85 .5GHz垂直通道最低亮温的关系 ,并寻求了Is和降水的相关特征。研究表明 :Is降水阈值随降水面积的增大或 85 .5GHz垂直通道最低亮温的降低有增高的趋势 ;Is与强对流性降水瞬时雨强对应很好 ,Is≥ 60K是一个好的暴雨指标。最后进行了初步的雨强反演试验研究 ,由于TMI资料分辨率的提高以及时空配合较好的真值 。

夏季青藏高原与东亚及热带的降水廓线差异分析

利用热带测雨卫星上测雨雷达的探测结果,考察了青藏高原与东亚及热带地区降水廓线的异同.结果表明高原深厚弱对流降水为高原上最主要的降水类型,占降水总样本近90%,而对总降水量的贡献超过70%,其雨顶高度接近海拔13 km,最大降水率出现在近地面.高原与陆面(非高原地区)及洋面的降水廓线差异主要表现在:①高原上缺少陆面和洋面上的层云降水;②高原深厚对流降水云团在垂直方向上只有2层,难以从平均廓线中辨认深厚降水云团中的冰水混合层和冰晶过冷水层;③高原深厚强对流降水在垂直方向的厚度受到了"压缩",平均最大厚度约10 km,显著小于陆面及洋面地区的平均厚度;④高原深厚弱对流降水平均廓线斜率大于其他地区对流降水平均廓线斜率,表明8 km以上的降水率垂直变率大,由此将释放出更多的潜热,造成显著高于周边地区的对中高层大气的加热.

基于PR和VIRS融合资料的东亚台风和非台风降水结构分析

借助JAXA/EORC 热带台风数据集资料，实现了台风区和非台风区的分离，在此基础上，利用热带测雨卫星搭载的测雨雷达和可见光/红外扫描仪的融合观测资料，对1998～2007年东亚雨季台风及非台风降水的气候特征和降水云红外信号特征进行了分析。结果表明：1）东亚台风降水强度谱较非台风降水谱更宽，特别是对流降水主要分布在5～20 mm/h之间；强降水更多，主要分布在东亚洋面。2）雨季东亚降水的主要形式是非台风层云降水，但台风降水对局地降水量的贡献也不容忽视，例如台湾以东附近洋面可达20%。3）台风降水云亮温海陆分布差异显著；其雨顶高度在4～9 km（层云）和4.5～12.5 km（对流）之间均有分布，较非台风降水雨顶高度谱更宽。4）不同等级的台风在降水强度、覆盖区域和云顶10.8μm亮温分布上差异大。

全球热带海洋地区降水季节变化的TRMM卫星观测

基于2007~2012年TRMM卫星上搭载的降水雷达提供的雷达反射率因子、降水率、降水类型等产品,结合ECMWF提供的再分析数据资料,分析了全球热带海洋地区平均降水率、400 h Pa垂直速度、850 h Pa相对湿度和下对流层稳定度的时空分布特征.根据400 h Pa垂直速度的季节差异确定了4个子研究区及相应对比季节,给出了对比季节内浅对流单体、层云、对流云3种降水系统降水量、降水面积、降水强度以及垂直结构上的差异.结果表明:(1)热带海洋地区平均降水率与400 h Pa上升速度在时空分布上存在一个显著的正相关,即400 h Pa上升速度越强的地区平均降水率越大;(2)4个子研究区内层云降水对区域累积降水面积贡献率最大(年均值均超过50%),对流云降水次之(约30%),而对流云降水对区域累积降水量贡献率最大(约65%),层云降水次之(约25%);(3)400 h Pa上升速度较强时,4个子研究区中3类降水系统的累积降水面积、累积降水量都有所增加,但降水强度以及降水系统垂直结构的变化存在差异,其中对流云降水强度一致增大且其垂直结构上的发展更旺盛;(4)对流云降水系统的雨顶高度、雷达反射率重心以及30 d BZ回波顶高随着400 h Pa上升速度的增强以及850 h Pa相对湿度的增加而迅速抬升,同时随着下对流层稳定度的降低有所抬升,但变化率较小.说明影响对流降水系统垂直结构的主要气象条件是400 h Pa上升速度和850 h Pa相对湿度.