TRMM卫星微波成像仪资料的陆面降水反演

为了探讨微波亮温与降水的关系,用TRMM卫星上微波降水雷达PR、微波辐射计TMI资料和973资料组提供的2002年6～7月120站的每小时自记降水记录,采用逐步回归方法,反演陆面降水。通过资料匹配分析显示,由于时空匹配问题,站点降水与微波辐射计亮温及亮温的组合因子的相关性并不高,明显低于TRMM卫星的测雨雷达PR与微波辐射计亮温及其组合因子的相关程度,因此仅用微波亮温和站点降水难以建立较好的反演算式。结合时空匹配较好的TRMM卫星降水雷达PR、微波辐射计TMI资料,建立新的算式,并且和其它算式进行比较。就反演降水结果而言,新算式比原有算式有一定改善,但对6～10mm/h的降水来说,新算式与原有算式反演结果都较差。

TRMM卫星资料对陕西及周边地区夏季降水的探测

采用2002～2006年夏季6～8月热带降水测量（TRMM）卫星3841RT类数据资料，以发生在陕西及周边地区的连阴雨、暴雨和日降水量序列事件为例，通过比较TRMM卫星降水资料与地面气象站观测资料的差异，分析了TRMM卫星对陕西及其周边地区夏季降水过程的探测能力。结果说明TRMM卫星反映的陕西及周边地区夏季降水量值偏小，但探测结果能够大致表现陕西关中和陕南及同纬度周边地区夏季降水量的基本特征，对陕西北部地区夏季降水量的探测能力较差。

多源卫星降水数据在川渝地区的适用性分析

降水的分布特征在时空尺度上存在较大的差异性,如何快速准确地获取高时空分辨率的水文资料,拥有更好的降水检测能力,对于获取降水资料的技术有较高的要求。本研究选用四种卫星降水产品(TRMM 3B42V7 、TRMM-RT 3B42V7、PERSIANN-CDR和 CMORPH)近十年(2008-2016)的数据,使用三种广泛使用的统计指标(CC、MAE和MRE)验证了年度,季节性和月尺度降水量的测量结果。 本文研究结论如下: (1)除了TRMMRT3B42,其余三种卫星产品均能较好地反映该地区相应的降水演变规律;(2)通过四种卫星降水产品的各项指标比较得知,TRMM3B42为模拟川渝地区降水最优的产品,TRMMRT3B42始终表现为最差;(3)川渝地区西部为高海拔且降水少的区域,在该地区上卫星降水产品模拟降水能力差。

大同地区一次短时强降水的多源资料融合分析

利用常规探测资料、卫星云图、多普勒天气雷达等资料,对大同地区一次强对流天气过程进行诊断分析。结果表明,此次强对流天气发生在高空槽东移配合低层切变线的有利背景下,800hPa与700hPa系统陡直,是大同中南部地区对流天气的触发系统,系统后倾是对流程度不强的原因之一。0~6 km属于弱的垂直风切变,是没有产生冰雹的主要原因。卫星云图上对局部出现短时强降水的指示性不好,但叠加地面最大风场后可以判断云系移动方向,对短时强降水有至少2 h时间提前量。多普勒雷达特征:降水期间,主要以层状云为主,中间夹杂着强度>45 dBZ回波;低层平均径向速度辐合促使上升运动增强,是回波迅速增强的主要原因;降水最强阶段,>60 dBZ面积继续增大的同时高度降低,这主要是由降水的拖曳作用造成的,对应在平均径向速度剖面图上,径向速度辐合消失,转为气旋式辐合,加强了动力抬升作用,是降水增强的主要原因。

基于TRMM卫星资料的江西一次大暴雨过程降水结构特征

利用热带测雨卫星(TRMM)的降水雷达(PR)和微波成像仪(TMI)连续2个轨道的探测结果,分析了2013年6月26—29日发生在江西省北部地区的中尺度降水过程不同降水阶段的降水水平结构、雨顶高度、降水廓线的变化特征。结果表明,此次降水过程由强对流云降水逐渐演变为对流性较弱的层状云降水。对流云降水阶段降水系统由成片层状降水云团中分布的多个零散强对流降水云团组成,降水分布不均匀,强对流云降水对总降水量的贡献大。层状云降水阶段,层状云中强对流单体消失,对流云降水像素及对流云降水率对总降水量的贡献减少,降水雨强谱变小,降水高度逐渐降低,云体高层降水量减少。对流云降水和层状云降水廓线存在差异,最大降水率出现的高度越高且中高层降水量越大,降水的对流性则越强。

TRMM卫星降水反演数据在珠江流域的适用性研究——以东江和北江为例

为评估最新一代TRMM 3B42-V7卫星降水反演数据产品在珠江流域的精度和适用性,选取位于珠江流域下游的东江和北江流域为研究区域,基于地面雨量站点数据评估了该产品的精度和适用性,并结合可变下渗容量(Variable Infiltration Capacity,VIC)水文模型进行了水文模拟验证。对比分析结果表明,在网格尺度上,大多数网格日尺度相关系数达到0.60以上,月尺度相关系数达到0.90以上,3B42-V7产品表现出较好的精度,在区域尺度上精度得到了进一步提高;水文模拟验证分两种情景下进行,情景Ⅰ的结果表明,当水文模型由地面雨量站点数据率定时,3B42-V7产品数据的水文模拟效果不佳,个别区间内存在对洪峰流量明显的低估;情景Ⅱ的结果表明,由3B42-V7产品数据重新率定水文模型时径流模拟效果有了较大改善,说明该产品可在一定程度上作为资料缺乏地区的降水数据来源。

TRMMPR雷达与阜阳雷达降水资料的对比研究

选取了 1998年与 1999年HUBEX观测资料 ,将TRMM卫星上的星载降雨雷达PR与阜阳的 713数字化天气雷达资料在以下 3个方面做了比较 :(1)强度场的分布 ;(2 )平均反射率廓线 ;(3)灵敏度。分析、比较结果可知阜阳雷达在探测灵敏度和水平方向的分辨率要高于PR ,但由于波束宽度、衰减和资料转化过程计算误差的原因 ,其远距离处的观测值与真实值有一定偏差。PR波长短 ,对衰减敏感 ,尤其是在垂直方向上经过强衰减后 ,订正值仍偏小。但由于探测方式的不同PR在水平方向上不存在衰减的问题 ,且其资料分布均匀 ,因此提出一种用PR资料来订正地基雷达资料的方法用以提高地基雷达探测的精确度。

基于TRMM卫星对一次华南飑线的闪电活动及其与降水结构的关系研究

利用热带测雨计划任务卫星(TRMM)的测雨雷达(PR)、闪电成像仪(LIS)和微波辐射计(TMI)资料,研究了2005年5月6日发生在我国华南的一次强飑线过程的闪电活动及其与降水结构之间的关系。结果表明,该飑线系统中对流降水面积仅为层云的一半,但是总降水率却远大于层云的总降水率。绝大多数闪电发生在对流区,有少数闪电出现在层云区域。在6km高度上,闪电发生附近的最大雷达反射率因子主要集中在35～50dBZ区间,峰值频数在40～45dBZ,35dBZ以下较少。研究还表明,对流单体的最大雷达反射率垂直廓线可以很好地指示单体的闪电频数和对流发展强度。对闪电与微波亮温的研究表明,大多数闪电发生在低亮温区域,特别是低于200K亮温区,而在240～260K的区域也可观测到少量闪电,这一般对应于飑线的层云区域。结合2003年4月17日黄淮地区的另一次强飑线系统的进一步研究发现,在单体尺度上,总闪电频数和冰相降水含量之间表现出非常密切而稳定的关系,相关系数达0.92。总闪电频数和冰相降水含量之间的稳定关系在中尺度数值模式中闪电资料的同化和飑线系统的闪电参数化研究中均有较大的应用潜力。

基于卫星探测资料的珠江三角洲城市群对降水影响的观测研究

利用卫星观测TRMM降水以及QuikSCAT风场资料,对珠江三角洲地区及临近区域降水的分布特征进行了探讨,结果表明:(1)同一纬度相比,珠江三角洲城市群所处的区域降水明显多于其周边地区,表明了城市化可能会使所处区域的降水增加;(2)珠江三角洲城市群所处区域降水的增加存在明显的季节变化特征,在前汛期城市所处区域的降水增多较其它季节明显;(3)珠江三角洲城市化对降水的影响与风场的分布密切关联,降水增多的区域通常位于城市群所在之处及其下风方向的邻近地区;(4)珠江三角洲城市化使城市群所处区域的降水时次减少,而降水强度则加强;(5)珠江三角洲城市群的天气、气候效应只对对流性降水产生影响,而层状降水的分布则与城市群的位置没有明显关联。

用TRMM卫星微波成像仪资料遥感地面洪涝的研究

文中阐述了用热带降雨测量卫星 (TRMM )微波成像仪 (TMI)监测地面洪涝灾害的能力 ,并利用动态聚类、土壤湿度指数、极化亮温差指数、极化亮温比指数等 4种基于TMI亮温资料的方法遥感了 1998年夏季中国江淮流域的洪涝灾害。通过与机载雷达图像、星载雷达图像以及基于地面日降雨量资料的Z 指数方法确定的地面洪涝情况的对比 ,结果表明用TMI亮温资料监测地面洪涝灾害是可行的 。

TRMM降水率资料的三维变分同化及其对“杜鹃”(0313)台风预报的改进

在GRAPES(GlobalandRegionalAssimilationandPredictionEnhancedSystem,全球/区域同化预报系统)三维变分同化系统的基础上,用改进的郭晓岚对流参数化方案作为观测算子,来同化TRMM(TropicalRainfallMeasuringMission,热带降水监测计划)卫星反演的降水率资料。单点试验表明该方案通过调整背景场的水汽辐合和辐散的垂直结构,使得同化后观测算子计算的降水率更接近实况。对台风“杜鹃”(0313)的同化试验表明,该方案有效改进背景场的动力和热力结构,使台风的初始风场、降水结构更接近实况。通过控制试验和同化试验的对比,表明同化TRMM卫星降水率资料对台风的路径预报和降水预报都有改进。

长江三角洲城市带降水特征的卫星资料分析

利用TRMM卫星降水资料,结合MODIS卫星反演下垫面类型资料、USGS地形资料、NCEP再分析资料,对长江三角洲地区的降水分布特征进行了分析。结果表明:(1)长江三角洲城市群所在区域与邻近平原地区相比有明显的降水增幅,表明城市化很可能是该区域降水增加的一个重要因子;(2)太湖地区存在着明显的降水低值中心,表明大型水体下垫面对其上空降水的减弱作用较显著;(3)长江三角洲城市群所处区域的降水增幅具有明显的季节性差异,夏季降水增幅明显高于其他季节;(4)长江三角洲城市群对降水的影响与背景风场特征密切相关,夏季降水高值中心在城市群下风方向,上海市表现最为突出,降水高值中心距上海市中心下风方向约60～70km;(5)长江三角洲城市群所在区域与邻近周边区域相比,降水的时次无明显变化,其强度有明显加强。

TRMM卫星探测青藏高原谷地的降水云结构个例分析

利用TRMM卫星测雨雷达探测反演的降水廓线、红外辐射温度、微波高频辐射亮温和闪电资料,并结合数字地形资料和NCEP再分析资料,分析研究了1999年5月4日13:05(UTC,下同)青藏高原东南部某山谷及附近地区(29.49°N^30.13°N,95.08°E^96.89°E)的降水云结构。结果表明,该降水云团为特殊地形强迫而引起的一强对流降水;强对流降水云团水平范围约20km,它自谷地向上呈“蘑菇”状向上水平展开;最大降水率位于谷中云体下部,超过100mm.h-1;在谷地上方该强对流降水云团云体向下风方向延伸,形成下风方向大范围的弱降水。结果还表明,强对流降水云团中剧烈变化的地表降水率也反映在云团云顶红外辐射温度和云体微波辐射亮温的变化上。此外,虽然闪电附近云顶高度和云中的含冰量相差甚小,但闪电发生次数、持续时间和发出的辐射能量却十分不均。降水事件的天气背景分析表明,降水发生前13h内,高原500hPa一弱低压槽东移引起的大气低层辐合、中高层辐散及大气不稳定性增加,是此次降水事件发生的大气内在因素。

基于TRMM卫星产品的长江流域降水精度评估

卫星降水产品在降水空间格局分析中扮演着重要角色。为分析卫星降水产品在长江流域的应用精度,利用2003~2010年长江流域175个雨量站实测降水资料检验了同期TRMM(Tropical Rainfall Measurement Mission)降水产品3B42 RTV7及V7的精度。结果显示:(1)长江流域年平均降水总量从东南向西北呈现明显的梯度变化,年降水量从2 000 mm/a减少到400 mm/a,降水空间差异极大,时间分布也不均。(2)RTV7和V7降水产品能够捕捉到长江流域降水空间分布格局,尤其是V7在长江流域有较高的精度,对59.85%流域面积的估算偏差在-10%~10%之间;实时产品RTV7在长江上游存在明显的高估现象,偏差大于50%的流域面积高达33.51%。(3)长江中下游RTV7和V7日降水数据与对应的实测数据相关系数都大于长江上游地区,偏差更小。(4)RTV7和V7降水产品在丰水期的估算精度整体优于枯水期。

卫星资料在登陆热带气旋降水研究中的应用

本文全面、系统地归纳总结了国内外利用卫星资料对登陆热带气旋降水的研究工作,指出利用卫星资料对登陆热带气旋降水估计及预报研究所存在的不足,并对未来研究进行了展望。

卫星资料的非线性反演同化与一次强降水预报试验

利用地球同步气象卫星红外资料,通过优选BP人工神经网络和最优拟合回归这两种非线性方法,建立了反演宁夏大气相对湿度场的数学模型。反演湿度场经过变分同化与质量控制后,代入中尺度数值预报模式MM5,对一次突发性强降水过程进行了预报试验。结果表明,使用该资料后,数值预报模式对这次突发强降水过程的预报能力明显提高,模式输出产品具有预报指示意义,spin-up问题得到了一定程度的改进。

基于TRMM卫星探测的夏季青藏高原降水和潜热分析

青藏高原对东亚大气环流、气候变化及灾害性天气的形成和发展都有重要的影响。本文利用热带测雨卫星(TRMM)探测结果、GPCP降水资料,研究了夏季青藏高原降水和潜热特点。GPCP资料分析结果表明,夏季青藏高原降水主要集中在它的东南部,7月和8月雅鲁藏布河谷及其以东的横断山脉地区降水显著,平均最大雨强达7 mm/h;而TRMM测雨雷达(PR)探测结果指出念青唐古拉山北侧存在一降水大值区,强度近3 mm/h;GPCP给出的地表降水率较TRMM测雨雷达探测结果高出一倍以上;夏季高原西部的平均降水率小于4 mm/h(GPCP)/2 mm/h(TRMM PR)。TRMM PR探测的统计结果分析表明,高原降水云"雨顶"(Storm Top)较周边地区高出2 km^4 km,如同"塔"状分布。研究结果还指出因地表海拔高,TRMM PR的降水类型分类方法不适用于青藏高原地区;根据降水廓线的特征,文中定义了青藏高原三种降水类型:深厚强对流、深厚降水和浅薄对流,并通过标准化廓线方法,指出了不同类型降水廓线之间的差异及其与周边地区降水廓线的差异。文中还给出了高原夏季总潜热分布及平均廓线,指出了高原潜热平均廓线与周边地区的差异;研究结果表明夏季高原降水具有强烈的日变化,降水峰值出现在午后地方时16点左右,这些降水多以零散块状水平分布,而在垂直剖面上呈"馒头"状分布。统计结果还发现青藏高原上对流活动较周边地区活跃,高耸的对流活动所形成的"云塔"如同"天梯",使得低层大气中的高水汽含量和低臭氧含量空气向高空输送,进而造成对流层上部和平流层低层水汽大值区和臭氧低值区。

重庆地区卫星及再分析降水资料评估

利用1998-2012年重庆市34个站点逐时降水观测资料,分析了重庆地区高时空分辨率卫星产品(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM;Climate Prediction Center morphing technique,CMORPH)和再分析资料(ECMWF Re-Analysis Interim,ERAIN;Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications,MERRA;Climate Forecast System Reanalysis,CFSR;Japanese 55-year Reanalysis,JRA55)的可靠性,并进一步对卫星和再分析资料降水日变化的准确性进行了评估。结果表明,再分析数据总体上高估了重庆的日降水量。在重庆西南和东南部,TRMM比较接近观测数据。CMORPH在东北部表现最好,低估了其他地区的降水量。就降水量而言,卫星资料的结果好于再分析资料。对于日平均降水强度和降水频率,卫星资料的分布形态与观测资料差异较大,再分析资料与观测则较为一致。观测资料中降水峰值多出现在午夜,沿着西南至东北方向有滞后现象。卫星资料各降水要素(PA,PI和PF)也表现出由西南至东北方向峰值时间滞后的现象。对于不同地形特征上的降水日变化,卫星和再分析资料的表现有明显差距,尤其是在夏季山地地区,再分析资料高估了12:00-17:00(北京时)的降水。

宁夏夏季逐时降水与地球同步气象卫星红外资料的关系分析

利用地球同步气象卫星GMS-5的红外资料,计算了宁夏21个气象站点处的气象卫星资料导出量.应用宁夏各站近年来夏季逐时降水资料,通过对6839个降水个例中气象卫星资料的对比分析,发现宁夏夏季逐时降水,特别是强降水过程,在气象卫星红外资料中具有较明显的表现特征.各类降水发生时,灰度值在40～210之间,亮温介于220～310K之间,灰度变率为±100,灰度梯度在0～80之间.5mm以上强降水发生时,上述物理量的范围有不同程度缩小.各地降水极大值均产生于较暖云体之中,且大部地区强降水时云体稳定.通过对宁夏强对流特点及降水天气气候学特征的分析,发现宁夏强降水产生时,大气中水汽含量与中国南方相比显著偏低.由于地理位置与地形、地貌特性的影响,宁夏区域冷空气与水汽配合困难,特别是低层水汽输送不畅,难以形成非常有利的强降水条件.这是宁夏气候干旱的主要原因之一.这一研究对进一步认识宁夏更高时间和空间分辨率天气演变的物理机制,掌握其内在规律,进而建立精细化预报模型创造了条件.

TRMM卫星降水数据在天山山区的校正方法研究

本文基于全球降水观测(Global Precipitation Measurement,GPM)及天山山区40个气象站点数据,提出了一种新的热带降水测量任务(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)卫星数据误差校正方法(MERGE),并与广泛使用的地理差异分析(Geographical Different Analysis,GDA)方法进行对比,通过交叉验证来评价两种方法对山区年/月降水的校正效果。结果表明,MERGE方法不仅能提高TRMM的空间分辨率(0.05°),且在年(平均Bias降低了21%)、月(平均Bias降低了37%)尺度上的校正结果都优于GDA方法;校正后TRMM降水的误差在不同月份存在很大差异,即在降水较多的雨季(4—10月)误差较大(MAE>3mm),而在干季(11月至次年3月)误差较小(MAE<3mm)。MERGE方法不仅能有效改善高海拔地区的降水误差(平均误差降低了59%),且对原始TRMM数据的依赖性较小(R2=0.47),即使在原始TRMM数据表现不佳的局部区域,也能有效降低其误差。