FY-3A陆表温度反演及高温天气过程动态监测

采用FY-3A/VIRR数据,利用Becker局地分裂窗改进算法反演得到逐日陆表温度(LST),对2009年一次高温天气过程进行动态监测,并分析不同下垫面的热环境变化。结果显示:此过程中可见光红外扫描辐射计(VIRR)陆表温度产品在敦煌辐射校正场地两次验证的误差为-0.17 K和1.77 K,与同时间过境的MODIS产品均方根误差为2.64 K,直方图对比陆表温度的频数分布基本一致;对高温天气过程监测发现,此次出现以华北的石家庄、郑州、北京等地和西北地区东部的西安等地为中心的两个陆表温度高值区,部分地区达到了320.2 K以上;城市剖面资料证实城市热岛现象存在,并发现工矿用地的热岛效应不容忽视,主要是大面积的工矿用地周围植被破坏严重,地表增温更为显著。

FY-3A微波资料偏差订正及台风路径预报应用

我国极轨气象卫星FY-3A大大增强了对地球系统的综合探测能力,而偏差订正对卫星资料的应用非常必要。试验中FY-3A卫星微波资料的偏差订正方案是在Harris等的TOVS辐射资料偏差订正经验方法的基础上结合WRF-3DVAR系统发展的,偏差订正后微波资料各通道拟合结果基本位于主对角线上,大多数卫星观测数据与观测算子利用背景场计算的亮温值分布趋于合理,偏差得到很大程度的降低。偏差订正后,利用数值模式直接同化FY-3A气象卫星微波资料,通过对2008年和2009年的4个台风进行预报评估表明:同化FY-3A气象卫星资料后路径预报能力提高明显,尤其是36 h后路径预报结果;同化FY-3A气象卫星微波资料后台风预报路径误差平均降低20%,而只同化常规资料路径误差仅仅降低了4%。

FY-3A微波探测资料的直接同化应用及云雨条件下的亮温模拟

针对FY-3A星载微波垂直探测的同化应用,在扩展WRF3Dvar中FY-3A微波资料同化功能和快速辐射传输模式RTTOV微波云雨粒子散射RTTOV-SCATT模块接口的基础上,以2008年"凤凰"台风为研究对象,试验了FY-3A晴空条件下微波资料同化应用对数值预报的影响,并以此为控制试验,进一步讨论云检测方案和偏差订正调整对资料应用效果的作用。在WRF3Dvar同一框架下,使用RTTOV和CRTM云雨散射模块对云雨条件下FY-3A微波亮温进行模拟,分析云雨辐射效应对FY-3A微波温度和湿度传感器观测模拟的影响,并比较两个快速辐射传输模式结果间的异同。结果表明:本个例中FY-3A微波资料的使用对台风强度预报误差的减小比路径预报更为明显。云检测是影响卫星资料效能发挥的关键因素之一,3.0和5.0分别是MWTS和MWHS使用单窗区通道作为云检测时的合适阀值。使用FY-3A资料导出的偏差订正系数可以改善偏差订正结果,并提高预报准确率。此外,对于MWTS,通道1是受云雨粒子辐射效应影响最显著的通道,通道2同样具有明显影响。MWHS全部5个探测通道均受云雨粒子辐射效应影响,云雨条件下通道1、2的模拟偏差最大。RTTOV和CRTM的结果具有相同的统计特征,但CRTM云雨粒子辐射效应带来的偏差比RTTOV要大。

FY-3A/VIRR反演云微物理特征及与TERRA/MODIS反演结果的比较

利用FY-3A/VIRR多光谱资料反演了云微物理参数,针对2009年4月18日和5月21日两个个例,选取深厚积云、高、中、低云作为分析对象,并与TERRA/MODIS反演结果进行了比较,分析了FY-3A的可靠性和稳定性。结果表明：（1）FY-3A反演的云微物理参数形成的可视化RGB合成图,色彩层次较为丰富,与TERRA RGB合成图的云外形特征基本一致,可以定性地应用于云降水特征分析。（2）与TERRA相比,FY-3A可见光反射率偏低5%,云顶平均温度偏低1~5℃,变化范围减小,4、5月个例反映的偏低程度稳定,基本可以用于定量分析。（3）FY-3A对粒子有效半径（Re）反演的问题较多,一是同一顶高Re的分布层次少,反映的粒子大小不充分;二是Re小值端偏大明显,有时甚至达8μm（5~13μm）;三是Re大值端有时偏大,有时偏小;四是5月个例比4月的偏差增大。因此,在用FY-3A反演的Re定量分析时,容易造成部分特征不明显,甚至丢失。

FY-3A气象卫星红外分光计温度廓线模拟反演试验

为了考察风云三号(FY-3)气象卫星红外分光计的性能,以该仪器初样阶段的光谱通道特征和仪器响应函数为基础,进行大气温度垂直廓线模拟反演。选用红外分光计15μmCO2吸收带的不同通道组合进行模拟反演,结果表明:总体上红外分光计具有较好的大气温度反演能力,窗区通道8的加入可有效提高近地面层温度反演精度;利用迭代算法反演大气温度时,初估廓线对反演精度影响较大,初估廓线与真值愈接近,反演精度愈高;现有仪器通道灵敏度设计指标可满足大气温度反演基本要求,如仪器灵敏度降低,反演精度也随之降低,提高仪器灵敏度,有利于提高仪器的使用效果。

FY-3A/MWHS数据在定量降水估计中的应用研究

基于0903,0906和0908号台风期间的FY-3A极轨卫星微波湿度计(FY-3A/MWHS)数据,借助于多元线性逐步回归方法,探讨了利用FY-3A极轨卫星定量估计降水的方法,同时结合自动气象站实测资料、TRMM和FY-2C卫星降水估计结果对FY-3A/MWHS降水估计精度进行了验证。结果表明,FY-3A/MWHS估计降水与地面实测降水具有较好的相关性,对不同等级雨量均有一定的估测能力,尤其对中等量级的降水无论是在降水落区还是在降水量级上均具有较高的准确率。与FY-2C静止卫星相比,无论是在对不同量级降水估计的"击中率",还是在估计精度方面,FY-3A/MWHS数据更具优势。利用FY-3A/MWHS对不同高度、不同角度的湿度响应特性开展定量降水估计,是降水估计方法的一种新的探索和必要的补充。

基于FLAASH模型的FY-3A/MERSI数据大气校正研究

在星载传感器成像获取地表信息过程中,常常会受大气影响而引起影像失真,导致地表真实信息不能被准确表达,对遥感影像进行大气校正可消弱这种影响。本文以粮食主产区——河南省为研究区域,采用FLAASH模型对晴空天气下FY-3A/MERSI数据(分辨率为1km)进行大气校正。结果表明,大气校正后:(1)短波红外反射率总体变化不大(+4.1%),第6波段反射率以减小为主(-1.5%),第7波段反射率为增加(+9.6%);(2)在可见光各波段,反射率普遍降低,各波段变化均值为-82.7%。其中,红光反射率变化最小(第13、14波段分别变化了-23%和-19%,平均为-21%),绿光反射率变化稍大(第11、12波段分别变化了-75%和-50%,平均为-63%),蓝光反射率变化最大(第8～10波段分别变化了-196%、-122%和-94%,平均为-137%)。而且大气校正后,可见光波段的反射率变幅普遍增大,不同地物在可见光波段的对比度也增加。(3)近红外各波段反射率平均增加了46.2%。除第19波段反射率减小(-54%)外,其余各波段反射率均有不同程度的增加。第15～18和第20波段反射率分别增加了28%、4%、41%、252%和6%。(4)NDVI指数平均增大了35%,植被信息凸显;NDWI指数变化不大,仅减小了8.7%。

用FY-3A MERSI进行青岛海域浒苔监测

在2008奥运会举办前期(2008年6月25日～7月15日),基于NDVI植被指数方法对青岛及其临近海域发生的超大规模浒苔灾害,利用FY-3A MERSI 250m数据进行了监测跟踪与分析,结果显示:监测初期,浒苔在大范围海域广泛分布(面积约为527.68km2),特别是奥帆赛区附近有大密集度浒苔聚集;监测末期,奥帆赛区和其他近岸水域基本没有发现浒苔,表明近岸浒苔得到有效控制。卫星数据回溯表明,此次浒苔灾害最早于5月初在黄海中部少量出现,5月底在黄海中部形成大面积覆盖,受风力和海流影响,逐步向青岛飘移并堆积。浒苔极强的环境适应力和繁殖力,以及由于海温升高和近海"春季环流"形成的适宜条件,是浒苔大面积发生的重要原因;南方强降雨可能造成了广泛分布于江苏、浙江、福建等海域的浒苔的异地漂移,成为如此大规模浒苔的来源之一。

FY-3A微波资料在“莫拉克”台风预报中的同化试验

我国新一代极轨气象卫星FY-3A于2008年5月26日发射成功,携带的微波垂直探测仪与NOAA系列卫星的ATOVS性能相似。为研究微波垂直探测仪资料在台风数值预报中的作用,实现我国FY-3A卫星的微波探测资料的直接同化,达到改进台风预报的目的,利用FY-3A微波探测资料,以WRF-3DVar系统为基础,针对2009年第8号台风"莫拉克"路径和强度预报,开展数值预报直接同化技术研究。试验结果表明,直接同化FY-3A微波资料对数值模式初始场改进要优于仅仅同化常规观测资料,对缺乏观测资料的海洋上改进尤为明显,模式初始场更加合理地反映海上台风环流形势以及温湿条件,海上台风的模式初始位置也得到了校正;经过FY-3A微波资料三维变分直接同化后,区域中尺度模式对台风路径预报效果具有积极的改善作用。

FY-3A/MERSI数据在典型大城市热环境监测预报中的应用——以上海市为例

以上海市为例,探索中国新型自主的FY-3A/MERSI数据在典型大城市热环境研究中的应用模式,包括实时监测与同化数值预报两个方面。结果表明:FY-3A/MERSI反演的250 m地表温度及其他衍生指标能够客观呈现城市热场格局及热岛效应,精细揭示出上海市区—近郊—远郊的地温明显分异,热岛由中心城区呈放射性面状过渡到远郊以乡镇为中心的团块状,其形成与下垫面介质关系密切。同化FY-3A/MERSI数据产品的中尺度数值模式,耦合城市冠层参数化方案,可实现250 m格网0～48 h城市近地层气温空间精细化预报,提取1 h间隔的热环境日演变特征将有助于在不同天气形式下进行热环境灾害潜式预报及机理分析。预报结果在时空分辨率方面明显优于常规数值预报,并避免了卫星云污染的影响,说明FY-3A卫星探测资料能有效改善模式背景场与初始场。

FY-3A卫星与NOAA系列卫星高能带电粒子实测结果的比较

FY-3A卫星是运行于830 km高度的太阳同步轨道气象卫星,其搭载的空间环境监测器可观测3～300 MeV的高能质子和0.15～5.70 MeV的高能电子.FY-3A卫星在轨工作期间,太阳活动处于由谷年向峰年过渡期,空间环境非常平静,探测结果显示3～300 MeV的高能质子分布主要集中在南大西洋辐射带异常区,0.15～5.70 MeV的高能电子分布区域除南大西洋异常区外,还分布在南北两极高纬区域.FY-3A与NOAA卫星测量结果反映出带电粒子强度及分布区域随投掷角变化的空间各向异性特征.本文在充分考虑了带电粒子时间、空间分布差异以及比对探测器之间自身设计差异的前提下,经过归一化处理后,首次对两颗卫星同期探测结果进行相关性分析,验证了两颗卫星相同时空条件下高能带电粒子通量分布的一致性;说明FY-3A空间环境监测器不仅具备空间带电粒子辐射监测能力,且探测结果有效可靠,可用作辐射带环境数据源的组成部分,为发展新的模型,深入研究辐射带高能粒子的分布、起源和传输等提供新的观测依据.

基于FY-3A/MERSI与Terra/MODIS的单波段反射率和NDVI差异性分析

为了实现FY-3A/MERSI数据产品与Terra/MODIS数据产品的衔接,利用统计方法,对FY-3A/MERSI与Terra/MODIS的红光、近红外波段反射率和NDVI的相关性进行了分析。结果表明:FY-3A/MERSI和Terra/MODIS数据中红光、近红外波段反射率和NDVI值具有极显著的相关性,相关系数均超过0.93;在不同的土地覆盖类型中,FY-3A/MERSI与Terra/MODIS的单波段反射率和NDVI值不同,但FY-3A/MERSI计算的NDVI值均小于Terra/MODIS计算的NDVI值,并且NDVI平均值的日变化大于红光和近红外波段反射率平均值的日变化。

2008-07-22襄樊特大暴雨FY-3A微波资料分析

搭载在中国新一代极轨卫星FY-3A上的微波湿度计对于大气湿度以及云雨分布特征具有较好的探测能力。利用其150 GHz极化波段亮温和183.31 GHz附近的水汽吸收波段亮温及其反演产品,对2008年7月22日襄樊特大暴雨中10:00—11:00强降水成因进行了分析。结果表明:襄樊10:00—11:00强降水产生时,微波湿度计5个波段亮温均处于低值区的大梯度带;极化比、极化差出现明显的大、小值分裂;微波湿度计的高频通道资料表明,襄樊处于深对流中心地带,正是这种深厚的对流系统导致了襄樊的强降水。

基于FY-3A/VIRR数据的重庆市干旱监测研究

利用FY-3A/VIRR数据,基于植被供水指数法(VSWI),监测重庆市2011年盛夏干旱演变过程.利用全市150个土壤水分观测站点的数据和同期遥感反演结果进行相关分析,均达到极显著性相关;监测显示8月中下旬重庆市出现比较严重的干旱,特别是中部和西南部重旱一直持续.结果表明,FY-3A/VIRR遥感反演数据能够客观反映重庆地区的干旱演变过程,可应用于干旱监测业务.

FY-3A/MWRI数据反演半干旱地区土壤湿度的研究

为了监测半干旱地区干旱化范围和干旱程度,探讨了一种利用卫星微波遥感反演土壤湿度的方法。根据陆表和大气辐射传输模式模拟植被覆盖地表微波亮温和土壤湿度的关系,建立土壤湿度的对数三次多项式的反演算法。利用中国气象卫星(FY-3A)搭载的微波成像仪(MWRI)的亮温资料,反演得到吉林通榆地区农田和草地的土壤湿度,并与地面实测结果进行对比,其均方根误差农田为0.003 cm3/cm3,草地为0.005 cm3/cm3,反演精度较高。本方法可以应用于可以获得更多资料的FY-3B卫星,结合改进的辐射传输模式获取不同地表类型的辐射特征,期望未来可进行区域试验的反演研究。

FY-3A/MERSI与MODIS的温度植被干旱指数反演及对比分析

为了探讨近年来被广泛使用的MODIS数据以及我国的FY-3A/MERSI数据对同一地区同一时刻的旱情所得的温度植被指数的差异以及可比性,选择我国四川省旱灾频发的攀西地区为研究区,分别反演MODIS-TVDI和MERSI-TVDI,并探讨两者监测结果的特点以及可比性。结果发现:(1)MERSI数据的干湿边线性拟合系数要高于MODIS数据。(2)MODIS-TVDI与MERSI-TVDI的差值变化范围在-0.12到0.23,差值均值为0.11,MODIS数据的监测结果比MERSI数据的监测结果略大。(3)MODIS-TVDI与MERSI-TVDI在各类地物的反演结果上都具有较高的一致性,其中林地R2最高为0.944。(4)MODIS-TVDI、MERSI-TVDI与当前月份降雨量存在显著负相关,其线性相关系数分别为-0.83,-0.91,两者干旱监测结果是可信的。

基于FY-3A/MERSI的2013年夏秋间松花江和黑龙江干流洪水遥感监测分析

介绍了FY-3A/MERSI数据的基本情况,以及FY-3A/MERSI在晴空和薄云下水体的有效识别方法—(Rc2+Rg2)/(Rc1+Rg1)方案,并将之应用于2013年松花江(黑龙江省境内)和黑龙江流域的洪水水情监测。选取洪水前期、洪水高峰期、洪水下降期和洪水结束期4个时相的FY-3A/MERSI数据监测洪水水情变化,并进行水体识别及对比分析;同时,结合GIS技术按县市提取并统计洪水面积。结果表明,基于FY-3A/MERSI数据和GIS技术,能及时、准确地监测洪水水情变化。相关研究成果已在ARCGIS中建成模型,可为洪水监测业务服务。

FY-3A气象卫星VIRR云检测产品与IRAS的匹配

通过查找表方法进行FY-3A气象卫星可见光红外扫描辐射计(Visible and InfraRed Radi-ometer,VIRR)云检测产品与红外分光计(Infrared Atmospheric Sounder,IRAS)之间的匹配实验,使VIRR云检测产品与IRAS具有一致的空间分辨率,为IRAS大气温湿度廓线的反演提供可靠的云检测信息。实验中分别采用模拟的VIRR云检测结果与IRAS数据进行匹配,并将匹配结果与原始云检测信息进行对比分析,验证查找表方法进行两者之间匹配处理的可行性。

基于非线性算法的FY-3A/VIRR SST反演

利用非线性算法实现了FY-3A/VIRR数据的海洋表面温度SST产品的反演。对2010年的全球船舶站观测数据和FY-3A/VIRR数据建立匹配数据集,选择单月的匹配数据采用多元回归模型计算得到了适用于FY-3A/VIRR数据的非线性海表温度反演算法NLSST的系数,能够实现FY-3A/VIRR数据的高精度SST产品反演。并利用独立于反演算法的双月匹配数据采用最小绝对偏差方法通过线性模型对SST算法的精度进行检验,结果显示白天和夜间的偏差分别为0.05℃和-0.05℃,绝对偏差在0.50℃以下,标准偏差在0.65℃以下。通过文中实现的算法反演了VIRR数据的SST产品,并和MODIS的官方产品进行比较,结果显示两种SST产品具有很高的一致性。

基于FY-3A的湛江湾及其邻近海域叶绿素a遥感监测研究

叶绿素a质量浓度是水体水环境一个重要指标。本文结合实测的叶绿素a质量浓度、水体的光谱数据和FY-3A中等分辨率成像光谱仪的数据,研究利用FY-3A遥感监测湛江湾及其邻近海域叶绿素a质量浓度的可行性。研究结果表明,湛江湾海域大部水体接近一类水体,二类水体主要集中在湛江港附近的狭小封闭海域;OC4算法可以用于湛江湾海域的叶绿素a质量浓度的遥感监测,实测叶绿素a质量浓度与反演的叶绿素a质量浓度具有较好的相关性,相关系数R达到0.7以上;FY-3A中等分辨率成像光谱仪的数据可以较好地反映湛江湾海域叶绿素a质量浓度的空间分布。