多源极轨卫星微波温度计资料实时区域同化系统

基于中尺度数值预报模式WRF和WRFDA同化系统,实现多源极轨卫星微波温度计资料实时区域同化,并对同化产品进行评估和应用。2018年同化试验结果表明:通过质量控制和偏差订正,AMSU-A资料第5~9通道亮温观测增量O-B(观测值O和背景场的正演辐射模拟值B的差值)的标准差有效降低,同化后各通道亮温分析残差O-A(观测值O和分析场的正演辐射模拟值A的差值)的标准差有效降低。同化预报产品被应用在暴雨强对流个例和台风个例中,取得良好效果。

东亚地区云垂直结构的CloudSat卫星观测研究

本文利用卫星CloudSat同时结合了与其同轨道的卫星CALIPSO(Cloud-AerosolLidarandInfraredPathfinderSatelliteObservations)2007至2009年3年的观测资料,将东亚地区划分为六个研究区域,着重研究了东亚地区云垂直分布的统计特征。结果表明:东亚地区不同高度的云量之和具有明显的季节变化趋势,夏季最大,春秋次之,冬季最小。海洋上空的单层云量最大值出现在冬季,而在陆地上空则出现在夏季。从云出现概率来看,东亚地区单层云出现的概率在春、夏、秋、冬季节依次为52.2%,48.1%,49.2%和51.9%,而多层(2层和2层以上)云出现的概率在春、夏、秋、冬季节分别为24.2%,31.0%,19.7%,15.8%。云出现的总概率和多层云出现的概率,在六个区域都呈现出夏季最大,冬季最小;对4个季节都呈现出东亚南部比东亚北部大,海洋上空比陆地上空大的特点,表明云出现的总概率的季节变化主要由多层云出现的概率的变化决定。东亚地区云系统中最高层云云顶的高度,在夏季最高,为15.9km,在冬季最低,为8.2km;在东亚南部和海洋上空较高,平均为15.1km;在东亚北部较低,平均为12.1km,且呈现东亚南北部之间差异较大的特点。东亚地区云系统的云层厚度基本位于1km到3km之间,且夏季大,冬季小;对同一季节,不同区域的云层厚度差别较小;当多层云系统中的云层数目增加时,云层的平均厚度减少,且较高层的云层平均厚度大于较低层的。云层间距的概率分布基本呈单峰分布,出现峰值范围的云层间距在1到3km之间,各区域之间没有明显差别,季节变化也不大。本文的研究为在气候模式中精确描述云的垂直结构提供了有用的参数化依据。

基于CloudSat卫星资料分析青藏高原东部夏季云的垂直结构

本文利用CloudSat卫星资料,对青藏高原东部2006-2010年6-8月云垂直结构的空间分布进行分析,结果表明：（1）夏季青藏高原东部云发展可达到平流层,且高原东部云在5km以下以水云存在,5-10km以液相和固相共存的混态存在,在垂直高度10km以上以冰云存在。由于CloudSat卫星资料云相的反演问题,可能会造成水云和混态云的发展上限偏低,冰云的发展下限抬升。（2）研究区整层水汽输送和云水平均路径空间分布存在一定的差异性,云水含量纬向分布表现为在26.5°-30.5°N附近存在一个明显的峰值区,经向分布表现为95°E以西云水含量低于以东。（3）研究区以单云层为主,尤其在青藏高原主体。单云层平均云层厚度4182 m,云顶高度、云厚限于水汽的输送,表现为由南向北波动下降。多层云发生频率在27°N以北明显减少,说明强烈的对流运动更容易激发多层云的产生。

青藏高原地区的总云量——地面观测、卫星反演和同化资料的对比分析

了解云的气候学特征 ,对于深入研究气候变化问题有重要意义 ,而良好的资料质量是其前提和保障。为了充分了解地面观测总云量、卫星反演总云量和资料同化总云量这三种资料在青藏高原地区的共性和差异 ,本文利用 1984— 1990年的青藏高原地面测站的总云量资料、国际卫星云气候学计划中的ISCCP C2总云量资料和NCEP NCAR再分析总云量资料 ,对比分析了三者在青藏高原地区的时空分布关系。分析结果表明 :ISCCP C2总云量与地面观测总云量有较好的相关关系 ,它们在青藏高原地区的空间分布形势相似、年变化和年际变化趋势大致相同 ,在量值上的差异主要源于探测手段的不同 ;NCEP NCAR再分析总云量在青藏高原地区有其固有的缺陷 ,除夏季之外在高原中部地区始终有一个异常的强高值中心 ,由此导致其对时空分布特征和量值的描述与ISCCP C2和地面观测值相差较大 ,因此在有关青藏高原的研究中不宜直接或单独使用NCEP NCAR再分析总云量资料。

基于CloudSat卫星观测的贵州冻雨形成机制分析

利用CloudSat卫星观测资料,从云物理观测和温度垂直结构角度对贵州地区冻雨形成机制进行分析。结果表明,对冰相机制的冻雨,CloudSat卫星的CPR雷达反射率、云冰含量和温度廓线产品能够描述冰相降水粒子在融化层中相变为液态水的"融冰"过程,雷达反射率回波0℃层亮带是该过程的直接反映,云冰含量产品也能够反映融化层对冰相降水粒子的融化作用。对"过冷暖雨"机制的冻雨,CloudSat卫星能够描述降水粒子在整层气温低于0℃的环境中保持过冷水状态下落的过程。研究基于云物理观测证实贵州冻雨存在一种具有融化层的暖雨机制,其大气存在着具有融化层的逆温结构,降水粒子在融化层中为普通液态水,在温度略低于0℃的环境中为过冷水,过冷水下落经过融化层时升温变为普通液态水,再继续下落进入次冻层冷却,最后与低于0℃的地面物体碰并冻结形成冻雨。冻雨形成机制不能通过融化层区分。

依巴谷卫星的天文观测及资料处理方法

本文主要描述依巴谷卫星的光学观测原理,资料处理方法。

基于CloudSat/CALIPSO卫星资料的青藏高原云辐射及降水的研究进展

青藏高原上空的云及其相关联的降水和辐射影响了高原上空非绝热加热的空间结构。2006年卫星发射升空的CloudSat/CALIPSO卫星提供了定量的、完整的云垂直结构信息。本文回顾了国内外基于该资料进行的青藏高原上云宏观和微观结构特征,云与降水相关性,云辐射效应以及模式中的云—辐射问题方面的研究。指出抬升的青藏高原上水汽较少,限制了高原上云的垂直高度,对云层厚度和层数有显著压缩作用。在云量及其季节变化上,单层云的相对贡献大于亚洲季风区的其他区域;夏季对流云比较浅薄,积云发生频率最高,云内滴谱较宽;降水云以积云和卷云为主,云对总降水的贡献随着云层数增多而减小,降水增强时高层冰粒子的密集度趋于紧密;夏季青藏高原地区云的净辐射效应在8 km高度存在一个厚度仅1 km左右但较强的辐射冷却层,而在其下(4~7 km高度之间)为强的辐射加热层。最后展望了未来需要进一步开展的研究。

气象卫星观测资料全球交换的基础——FM94 BUFR码原理及实现

针对风云二号(02)批应用系统项目建设中气象卫星观测资料全球交换的需求,介绍了FM94 BUFR码的压缩原理、BUFR编码软件的信息结构和软件结构,并以风云二号C星云导风产品BUFR编码为例,给出了报文段3的详细内容和段4的数据宽度。编码结果表明BUFR编码有较高的数据压缩率,非常适合数据传输。

基于CloudSat卫星资料的青藏高原云系发生频率及其结构

应用2006年5月至2013年5月7年的Cloud Sat卫星观测资料,针对青藏高原上空不同高度、不同季节8类云(卷云、高层云、高积云、层云、层积云、积云、雨层云、浓积云)的发生频率,分析研究了青藏高原地区云的水平和垂直分布特征及其物理成因,为数值预报模式对云系模拟能力的评估提供了有效的验证信息。研究表明:青藏高原云的发生频率为35%,其中:低云的频率最大,接近21%;中云次之,频率14%;高云的频率最小。垂直分布上,低云最大频率的高度为5~6 km,中云为7~8 km,高云为11~12 km。水平分布上,高原东南部、西北部云发生频率较高,是高原的两个相对多云中心。低云与总的云频率水平分布基本一致;中云是高原北部、中部频率高,南部低,与低云明显不同;高云主要是夏季在高原南部频率高。从不同季节来看,冬季高原西部的低云频率高;春季高原中北部的中云频率高,西部和东南部的低云频率高;夏季南部的低云和高云频率高;秋季云发生频率都很低。在物理成因上,低云的形成主要是地形抬升作用,中云的形成与高原热力作用相关。

执行“使用卫星资料和地面观测资料合作开展北极和第3极的观测”（JWG5．5）中芬合作项目总结

1概况 为推进中国气象局与芬兰气象局气象科技合作项目“使用卫星资料和地面观测资料合作开展北极和第3极的观测”（JWG5．5），国家卫星气象中心（NSMC）卫星气象研究所郑照军副研究员于2014年6月8—18日赴芬兰短期访问并开展合作交流。

基于SNO定标方法的可用于气候变化研究的卫星大气温度观测资料

日益增加的大量观测和分析研究结果表明：地球正在变暖并伴随气候系统的其它变化。但是地球变暖的幅度以及温度变化区域分布却依然不太确定，尤其是对大气的温度变化更是充满了争议。其中，资料的不确定性可能是影响地球气候变暖研究的主要原因之一。这主要是因为传统的大气观测站网比较稀疏，不同国家使用的观测仪器的差别以及城市热岛效应等其它方面的因素。因此，卫星遥感资料便成为大气温度变化观测及研究的主要依据，特别是美国NOAA 30年业务卫星所提供的微波探测资料。

卫星专用传感器微波成像仪/探测仪(SSMIS)观测资料在天气和气候研究中的应用(英文)

2003年10月18日,美国国防气象卫星计划成功发射搭载了专用传感器微波成像仪/探测仪的F-16卫星。然而由于天线自身热辐射和校准暖黑体的不稳定,第一个专用传感器微波成像仪/探测仪出现了一些重要的异常观测。美国海军实验室与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)分别开发了两种算法来订正这些异常值。剔除了定标异常值后,专用传感器微波成像仪/探测仪资料目前在探空数据产品反演和资料同化中发挥了更加显著的作用。NOAA利用专用传感器微波成像仪已有算法生成了专用传感器微波成像仪/探测仪成像仪产品。此外,一些新开发的算法可以从专用传感器微波成像仪/探测仪资料中提取出云和降水的信息。在云冰云水的反演算法中,亮温是与云冰云水路径和粒子的平均直径相关的。利用一维变分反演系统,同时反演出了多数大气和地表条件下的大气温度、湿度以及水凝物的垂直廓线。在各种天气形势下,由专用传感器微波成像仪/探测仪资料反演得到的温度和湿度廓线的均方根误差通常分别小于2K和15%。为了同化专用传感器微波成像仪/探测仪资料,还发展了新的质量控制和偏差订正方法。在NOAA的全球预报系统中同化了专用传感器微波成像仪/探测仪资料后,对提高全球中期数值预报水平产生了中性和较小的正效果。

光学遥感技术及其在污染观测中的应用

项目概况:采用光学遥感技术为主要空气污染物的源排放清单对比、颗粒物合气态污染物水平和垂直分布及输送提供可靠数据;1.进行主要大气痕量组分(SO_(2)、NO_(2))的源排放清单对比观测研究;2.参与综合观测实验,利用光学遥感技术测量边界层结构及颗粒物的空间分布;3.观测北京及周边地区地面大气痕量组分(SO_(2)、O_(3)、NO_(2)、CO)的垂直分布;4.利用卫星遥感资料分析提供华北地区对流层和及地面颗粒物浓度和主要痕量污染气体(SO_(2)、O_(3)、NO_(2)、CO)的区域分布。

利用MODIS卫星资料反演中国地区晴空地表短波反照率及其特征分析

利用MODIS地表双向反照率产品 (MOD43B1 ) ,结合地表海拔高度和地表覆盖类型资料 ,计算并分析了中国地区晴空反照率的时空分布 ,以及地表反照率与地形和地表覆盖的关系。首先 ,利用改则自动气象站的地基观测对MODIS地表反照率进行了对比验证。验证结果表明卫星观测可以较好地反映反照率随时间的变化 ,MODIS地表反照率与地表实测反照率符合较好。年平均地表反照率与海拔高度有很好的相关 ,反照率的高值出现在高海拔山区。冬春季节 ,我国高海拔山区因积雪覆盖成为反照率的高值区 ;夏秋季节 ,地表反照率主要受地表土壤湿度和植被盖度的影响 ,沙地和沙漠地带反照率最高。最后 ,计算了中国典型地表类型的反照率随时间的变化 ,结果表明大部分地表类型的反照率具有较大的时间变化 ,地表反照率在春秋季节较大 ,夏季反照率较小。

北斗二代卫星导航系统在海洋资料浮标监控与管理中的应用

为有效地实现大规模、多类型海洋资料浮标的运行监控与管理,依托北斗二代卫星导航系统的定位和短信通信功能,分别实现浮标位置定位和数据传送,将北斗定位与GPS定位相结合以弥补位置数据丢失、错误等问题。通过数据分包技术克服北斗通讯数据长度的限制,并设计了数据包缓冲接收和数据包动态拼接的方法,有效地实现大规模的浮标数据接收处理。实验结果表明,该方式定位精度高、通讯稳定性好、数据接收率高,能有效满足海洋资料浮标用户对于浮标的管理需求。

CHAMP观测资料的振幅反演初步结果

在几何光学和薄相位屏的假设下,给出GPS／LEO无线电掩星反演地球大气技 术中振幅反演的计算方法.从产生接收信号振幅变化的机制出发,提出产生信号振幅变化 的几何衰减和物理衰减两个不同的源.利用CHAMP卫星观测资料的个例,用观测信噪 比序列进行了大气弯曲角、大气折射率、压力、温度剖面的反演;并与相位反演结果进行 比较和讨论.

JICA综合观测与卫星数据在高原地区三维云和水汽场构建中的应用

了解青藏高原(下称高原)云和水汽的时空变化,尤其是三维空间分布和变化,对于进一步认识高原复杂的气候系统以及对高原下游乃至全球气候诊断和模拟均具有重要意义。借助美国国家海洋和大气管理局(NOAA)发展的局地分析和预报系统(LAPS),通过将日本国际协力机构(JICA)高原大气科学试验获取的地面、探空和全球定位系统(GPS)水汽综合观测数据以及中国FY-2C静止气象卫星数据进行融合分析,构建了高原地区高分辨率的三维云场和水汽场,为高原云、水汽及高原气候的研究提供了数据基础。通过分析JICA综合观测数据和卫星数据在三维云场和水汽场构建中所起的作用,得到高原综合观测数据对构造大气底部客观云量场起主要作用,卫星资料为大气高层云量分布的信息获取做主要贡献。通过将融合获得的云量空间分布与卫星云图实况进行对比,证明了在高原三维云量场构建中,高原综合地面观测数据和卫星资料均非常重要。另外,将JICA高原观测GPS总水汽数据融合进入LAPS水汽分析模块,并将融合GPS总水汽数据前后获得的三维水汽场进行了对比,表明高原综合观测GPS总水汽数据对构建高原三维水汽场产生了修正作用。

多源卫星观测数据在全球四维变分同化系统中的应用

首先描述高分辨率全球四维变分资料同化系统的基本软件框架,并对多源卫星资料同化的关键技术作阐述;其次通过统计分析,说明新型卫星观测数据的引入不但能够增加同化系统中的信息量,而且能够提高其他类型观测数据的利用率;然后通过一个月的统计检验结果表明:无论是从距平相关还是均方根误差而言,在有效同化无线电掩星和卫星风资料后,高分辨率同化预报系统预报技巧的提高是十分明显的;最后,通过一个强降水个例的分析结果表明:基于新的初始场全球模式降水预报准确性较高,就强降水中心区域的预报而言,模式预报和观测实况较为一致,优于国外模式降水预报。