冬、夏季热带及副热带穿透性对流气候特征分析

文中利用热带测雨卫星(TRMM)搭载的测雨雷达(PR)1998～2007年的探测结果,就热带及副热带地区穿透性对流的频次、条件降水强度及垂直廓线等特征进行了分析。研究结果表明:深对流和穿透性对流都主要发生在热带辐合带(ITCZ)、南太平洋辐合带(SPCZ)、亚洲季风区、20°N以南的非洲以及美洲等地区,它们的空间分布具有明显的地域性和季节变化特征,而且陆地深对流更容易发展成为穿透性对流,但绝大部分地区的穿透性对流频次不超过0.2%。对穿透性对流条件降水强度的分析表明,热带及副热带大部分地区的穿透性对流条件降水强度在10mm/h以上,且洋面的条件降水强度要比陆地大,但由于其频次较小导致其对总降水的贡献并不大。尽管深对流和穿透性对流降水廓线的外形比较相似,但相同的高度,深对流的降水强度要比穿透性对流偏小,而且这种差异随海陆和纬度的不同而有所区别。此外,热带地区(15°S～15°N)冬、夏季深对流和穿透性对流降水廓线都只存在较小差异,并没有显示出明显的季节变化。

中国东部夏季持续性降水日变化在淮河南北的差异分析

本文利用1961—2006年我国285站观测的逐时降水数据,分析了中国东部不同地区夏季平均降水日变化随降水持续时间的变化特征.虽然整个东部地区都表现为短时降水峰值较一致地出现在下午17时左右,持续较长时间降水在清晨前后发生峰值降水,但持续性降水日变化的平均峰值时间以淮河为界存在显著南北差异.北部地区的持续性降水峰值主要出现在02—06时前后;南部地区的持续性降水峰值时间出现在06—10时.无论是降水强度或频次的日变化峰值的南北差异均较明显,但降水强度差异更为突出,且主要表现在持续性强降水中.进一步分析发现:一方面北部地区持续性强降水开始时间较南部地区更早;另一方面,北部地区降水从开始到峰值经历的时间更短.最后,对持续性强降水峰值时间南北差异的可能原因进行了初步讨论.

夏季热带及副热带降水云可见光/红外信号气候分布特征

通过融合热带测雨卫星(TRMM)测雨雷达和可见光/红外扫描仪十年的探测结果,利用PR对降水云的直接识别,分析研究了夏季热带和副热带地区降水云及层状降水云和对流降水云的可见光0.63μm与红外10.8μm通道信号的气候特征。研究结果表明热带辐合带(ITCZ)、南半球辐合带(SPCZ)、亚洲季风区、热带非洲、北美及南美热带地区降水云的0.63μm通道平均反射率均大于0.5,最大平均反射率可达0.7以上,且降水云平均反射率在陆面高于洋面;热带和副热带非降水情况的0.63μm通道的平均反射率量值变化于0.1～0.4之间。夏季热带和副热带95%以上的对流降水平均反射率超过0.5,而只有50%层云降水的平均反射率超过0.5。夏季亚洲季风区、ITCZ、SPCZ、热带非洲降水区域的10.8μm通道平均辐射温度低于250 K,而非降水情形的平均辐射温度高于280 K;热带非洲、青藏高原、中美洲及热带东太平洋对流降水的10.8μm通道平均辐射温度多低于230 K,而在东北和东南太平洋、北部非洲和南部非洲、南美陆面的大部分地区层云降水该通道的平均温度在280～290 K之间。研究结果还表明降水情形下,热带东半球热辐射温度比西半球温度偏低约10 K,相应东半球的0.63μm通道平均反射率也高于西半球。

基于TRMM PR探测的热带及副热带对流和层云降水气候特征分析

本文利用热带测雨卫星(TRMM)搭载的测雨雷达(PR)1998～2007年的探测结果,就热带及副热带地区对流降水和层云降水的气候特征进行了分析.结果表明,对流降水主要分布在热带辐合带(ITCZ)、南太平洋辐合带(SPCZ)、亚洲季风区、南美至中美以及热带非洲等区域,其频次多介于1%～2%之间.但总体上,热带及副热带85%以上区域四季对流降水频次小于1%.层云降水分布较广,其频次也相对较高,超过55%的区域四季层云降水频次在1%以上,但两类降水的频次都体现出了明显的地域性和季节变化特征.对流降水的条件降水强度主要介于6～14mmh?1之间,而绝大部分地区层云降水的条件降水强度在4mmh?1以下.对降水廓线的分析表明,层云降水平均"雨顶"高度多在9km以下,而对流降水平均"雨顶"高度相对较高,可达14km左右.两类降水的频次和条件降水强度都是洋面大于陆地,"雨顶"高度却相反,三者均存在显著的海陆差异.降水垂直结构的季节变化主要体现在"雨顶"高度的变化上,且高纬度带的季节变化较低纬度带剧烈.此外,由于洋面下垫面较陆地稳定,故洋面两类降水的季节变化较陆地偏弱.

热带海表风速与海表温度日变化关系分析

利用热带测雨卫星（TRMM）搭载的微波成像仪（TMI）探测结果，在像元分辨率上同步反演的10年海表温度（SST）和海表风速（SSW）资料，研究了热带地区非降水条件下SSW变化对SST日变化的影响。结果表明热带地区SST日变化显著，SST日最小值多出现在早晨03：00（当地时间，下同）至06：00，日最大值多出现在午后17：00至19：00，SST日绝对振幅为1．9～3．4℃，日相对振幅为5％～7％。SSW变化对SST日最小值和日最大值的出现时间及SST日振幅均有明显的影响，且均呈现出区域性差异。热带地区SST日绝对振幅随SSW增大而减小，当SSW增加至9m／s之后，SST日绝对振幅变化不再明显；二者符合特定的正弦函数关系。在风速小的情况下，暖池区域平均SST日绝对振幅异常减小了0．16℃；在风速大的情况下，秘鲁沿岸区域平均SST目绝对振幅异常增大了0．17℃，且SST随时间变化波动较大。上述研究结果为下一步研究海表感热和潜热日变化打下了基础。

基于光学厚度和有效半径的白天降水云识别方案

基于卫星资料观测和反演降水是当前监测全球尺度降水的主要方式,而其中一大难题就是如何将降水云与非降水云在像素尺度进行有效分离,这也是准确反演地表降水量的基本前提。为建立一套适用于常见星载可见光/红外探测仪器的降水云识别方法,本文利用热带测雨卫星(TRMM)可见光/红外辐射计(VIRS)和测雨雷达(PR)的融合观测资料,针对选定的代表性区域,统计分析了较长时间尺度上降水云与非降水云的典型云属性差异。在此基础上,提出了一种基于云光学厚度和云滴有效半径的白天降水云识别方案(IPCτRe)。由于用来获取上述云参数的可见光/红外信号无法透过降水性云层,此方案不受下垫面条件的影响,适用于陆地和海洋区域。为验证IPCτRe方案的降水云识别效果,本文以PR瞬时降水探测结果为真值,采用三种二元预报评价因子对识别结果进行了定量评估,并与Inoue and Aonashi(2000)和Nauss and Kokhanovsky(2006)提出的降水云识别方案进行了比较。研究表明,IPCτRe方案的降水云识别性能均高于其它两种方案。特别是在洋面上,降水云识别比例达到84%,而对非降水云的误判率只有6%,到达了降水卫星监测和预报业务所要求的精度。

TRMM卫星升轨对热带地区气候尺度降水探测的影响

1997年发射升空的热带测雨卫星（tropical rainfall measuring mission，简称TRMM）距今已经稳定运行十余年，其上搭载的首部星载主动式测雨雷达（precipitation radar，简称PR）收集了多年高信度的降水探测资料，这些资料现已被广泛应朋于全球气候和水文等研究领域．然而，为延长TRMM卫星使用年限，2001年8月TRMM卫星轨道高度由350km被渊升至402．5km，这使得PR观测参数发生变化，直接影响PR数据的时间一致性．因此，

TMI反演海温与Hadley中心海温资料的气候尺度比较分析

本文分析研究了1998~2006年热带及副热带TMI反演获得的海温资料（TMISST）和Hadley中心海温资料（HadISST1）在气候尺度上的异同.研究结果表明,TMISST和HadISST1均能反映热带及副热带海温的气候态分布特征,也都能指示其海温的异常变化.但是,两种海温资料之间仍然存在一定的差异,主要表现为TMISST较HadISST1偏高.此外,两者差异不仅存在明显的地域性特征,而且存在明显的季节变化：夏季两种海温资料的差异最大,秋季最小,但各季均有30%以上格点的差值在0.3℃以上.对两种海温资料距平场的EOF分析亦明确显示HadISST1和TMISST存在差异,HadISST1所反映的统计特征较TMISST更加细致.由于TMISST的反演基于一套综合性算法,其反演结果受到其他诸如风速、水汽、云水或降水等大气参数的干扰,进而造成HadISST1和TMISST的差异,且这些因素还造成了两者偏差水平分布的地域性特征.同时,也正是这些因素和海温垂直结构的季节变化,导致了两者偏差存在明显的季节变化.此外,在大陆近海区域,由于TMI信号受到污染,海温反演存在一定的缺陷,导致两者的差别较大,因此,在近海区域TMISST要慎用.

红外亮温和云参数信息对降水识别能力的研究

利用卫星可见光/红外资料遥感降水有其独特的优势,依据该资料反演获得的云光学厚度和云滴有效半径被证明能够对降水判别产生明显效应。以现有两种降水云识别方案为基础,进一步考察云顶红外亮温信息的价值,探索了红外亮温、云光学厚度及云滴有效半径综合信息对降水事件的指示能力。选取2006和2007年夏季热带测雨卫星(TRMM)可见光/红外辐射计(VIRS)和测雨雷达(PR)的融合观测资料,以PR探测为真值,采用3种二元预报评价因子对识别结果进行了评估,并与现有降水云识别方案进行了比较。研究表明:由于引入了云顶红外亮温信息,降水云识别能力比仅采用光学厚度和有效半径的方案明显提高。无论陆地还是海洋区域,新增红外亮温信息之后,能够更有效地识别弱降水,出现降水误判和漏判的区域面积比现有方案更小。特别是在洋面上,降水云识别比率达79%,而同时对非降水云的误判率仅为8%,相应其CSI、ETS和HSS因子值明显提升。以此为基础建立的IPCTC方案适用于常见星载多通道可见光/红外探测仪,可应用于卫星实时降水监测。

利用卫星轨道资料获取降水云团尺度的新方案

提出一种新的统计方案,以目标面积比为核心度量指标,并参照连续圆形目标定义目标面积比意义上的等效半径,实现对目标宏观尺度大小的量化估计。此方法能有效减轻轨道截断效应所造成的目标尺度低估,可对通过计数类方法得到的目标空间尺度做出有效修正。