机载微波辐射计测云中液态水含量_反演方法

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机载微波辐射计测云中液态含水量

机载微波辐射计测云中液态含水量

机载微波辐射计测云中液态含水量Ξ金德镇 雷恒池(吉林省人工影响天气办公室,长春,130062) (中国科学院大气物理研究所,北京,100029)谷淑芳 魏 重(吉林省人工影响天气办公室,长春,130062) (中国科学院大气物理研究所,北京,100029)郑娇恒 张景红 李茂伦 陈知新 沈志来 (吉林省人工影响天气办公室,长春,130062) (中国科学院大气物理研究所,北京,100029)摘 要 文中介绍了2001~2002年4~7月吉林省人工增雨期间,在中国首次进行的机载对空微波辐射计外场飞行观测试验。

观测结果表明,仪器可以灵敏地探测出层状云中垂直路径积分云液态水和过冷水含量及其变化,揭示了在层状云中嵌入的对流区中有丰富的垂直积分过冷水含量,量级可达103g/m2。

与地面雷达PPI回波强度呈正相关。

本文还根据飞机上升(或下降)过程的探测数据,给出了水平均匀的层状云液态含水量的垂直廓线的实例,并进一步讨论了这种方法的应用前景。

关键词:机载微波辐射计,云过冷水,云液水,遥感探测。

1 引 言云中液态含水量是云和降水过程研究的一个极为重要的物理参数,而云中过冷水含量则是人工影响降水需要特别关注的量。

目前,由于测量手段不多,云液水和过冷水含量定量资料十分缺乏。

在已有的探测手段中,比较早发展的是直接探测仪器。

在20世纪40~70年代,用手动含水量仪测量云中液态水含量,主要原理是滤纸色斑法。

这种方法对于人们最初定量研究云中液态水含量起到重要作用。

但是,手工操作的低取样率和烦琐的资料处理方式限制了它的应用,之后,有一些自动记录装置出现[1]。

到目前为止,常用的自记仪器有J W热线含水量仪,K ing-CSIRO热线含水量仪,由PMS生产的FSSP-100测得的粒子浓度推导出的含水量,云滴碰撞-复制仪,还有Rosemount生产的专门用于测量过冷水的结冰探测仪[2]等等。

直接测量的局地准确性高,但是,它的取样体积十分有限,取样代表性不理想。

微波辐射计遥感测量大气水汽含量和液态水含量

微波辐射计遥感测量大气水汽含量和液态水含量

微波辐射计遥感测量大气水汽含量和液态水含量近年来随着遥感技术在大气物理学领域的发展,被用作大气水汽含量以及液态水含量的测量已经变得更加重要。

在过去,微波辐射计是被广泛应用于大气水汽含量和液态水含量测量的有效工具。

本文主要研究微波辐射计遥感在大气水汽含量以及液态水含量测量的机理和应用。

微波辐射计是一种特殊的遥感仪器,它可以测量大气中的水汽和液态水含量,它能够从不同频率的微波线束获取信号。

微波辐射计同样也可以测量大气中液态水含量,所以它能够同时获取大气水汽和液态水含量的信息。

微波辐射计在大气水汽和液态水测量方面具有许多优势,它可以测量液态水含量和大气水汽含量,而且它的数据收集速度比传统的气象仪器快得多。

另外,微波辐射计的测量数据可以用来反演大气中大气水汽和液态水含量的信息。

反演是指将多源辐射和反射辐射数据转换为地表特性的过程,通过反演,就可以推断大气中大气水汽和液态水含量的数据。

另外,微波辐射计可以提供空间分辨率和深度分辨率很高的测量数据,因此可以更好地反映大气中液态水含量的变化,它们在进行水汽测量方面能够获得更准确的结果。

微波辐射计在大气水汽含量和液态水含量测量方面有很多优势和应用,首先,它可以快速测量大气水汽和液态水含量,不受地形的限制,能够从较远的距离获取信号;其次,它能够提供空间分辨率和深度分辨率更高的测量数据;最后,它可以提供高精度的测量结果,从而使科学家可以更准确地估计大气水汽含量和液态水含量。

因此,微波辐射计遥感测量大气水汽含量以及液态水含量是一项非常重要的研究方向,它具有快速、精确、可靠以及全面覆盖等优点,在大气物理学领域有着广泛的应用。

未来,将延续研究新的微波辐射计算法,以更好地反映大气水汽和液态水含量变化,以期达到更精确的测量结果。

综上所述,微波辐射计遥感测量大气水汽含量和液态水含量的机理和应用非常重要,它被用于不同的大气水汽和液态水物理学研究中,在反演大气中大气水汽和液态水含量的研究领域中也有着重要的应用。

机载微波辐射计测云中液态水含量_I_仪器和标定

机载微波辐射计测云中液态水含量_I_仪器和标定

文章编号:100020534(2003)0620551207 收稿日期:2003201220;改回日期:2003204211 基金项目:国家自然科学基金项目(40275002);吉林省人工影响天气开放试验室部分基金共同资助 作者简介:雷恒池(1960—),男,陕西蓝田人,硕士,研究员,主要从事人工影响天气和酸雨方面的研究 E 2mail :leihc @机载微波辐射计测云中液态水含量(I ):仪器和标定雷恒池1, 魏 重1, 沈志来1, 张晓庆1,金德镇2, 谷淑芳2, 李茂伦2, 张景红2(1.中国科学院大气物理研究所,北京 100029;2.吉林省人工降雨防雹办公室,吉林长春 130062)摘 要:简要介绍为研制机载对空测云微波辐射计所做的预研究,结果确认了研制这样的单频机载微波辐射计的可行性,并明确了仪器的技术难点,给出了针对技术难点提出的设计方案和技术指标。

本文还介绍了对仪器进行灵敏度测试的实验方法和结果。

实验室测试和晴空飞行测试表明,在一定的条件下,仪器灵敏度指标达到0.2K;还较详细地介绍了几种实用的标定方法,并讨论了它们的适用范围和不确定性。

关键词:机载微波辐射计;云液水;云过冷水;标定;灵敏度中图分类号:P414文献标识码:A1 引言 云液态含水量是一个极为重要的云物理参数,而云中过冷水含量则是人工影响天气领域中特别关注的量。

目前由于测量的手段不多,已有的手段又各有其局限,结果造成云液态水和过冷水含量定量资料十分缺乏。

在已有的探测手段中,地对空微波辐射计以其高时间分辨率、高探测精度、可无人值守连续工作,以及从混合相态的云中探测出过冷液水的含量等一系列特点,在中小尺度和人工增雨领域得到广泛的应用,成为一种新型的测云液水的工具。

但是,地基仪器难以快速移动,从而限制了它的探测范围,难以满足中小尺度研究的需要。

在20世纪80年代,Robert 等[1]就指出,在飞机上安装遥感仪器是研究中小尺度问题的必然发展趋势。

机载微波辐射计反演云液水含量的云物理方法

机载微波辐射计反演云液水含量的云物理方法
Z HoU u 2 EIHe g hI Jn ,L n c i ,WEIC o g ,HU h o i ,YANG u n IL i h n Z a xa J n ,a dJ e
1 I si t o m s h rcP y is h n s a e f S in e , ejn 1 0 2 n t ue f At p e i h s ,C ie e t o c Ac d my o c cs B iig e 009 2 Na ig U ie st f I f r t nS i c n eh oo y,Na jn 2 0 4 n n v ri o n o ma i ce ea d T c n lg y o n n ig 10 4
wa erdo tru ig ac u v a imee s l dmo e n o d 1 h n s J u n l fAt o p e i S in e i .C i ee o r a o m s h r ce cs(nChn s ) 0 8 2( ) 0 1 1 8 c ie e ,2 0 ,3 5 :1 7  ̄ 0 2
文章编 号
10 9 9 20 ) 5 0 1 2 0 6— 8 5(0 8 0 —1 7 —1
中图分类号
P 2 46
文献标 识码

Re re a e h d o t — n e r t d Clu q i a e ntn o tiv lM t o fPa h I tg a e o d Li u d W t rCo e tf r Aib r eUpwa d Lo k n ir wa eRa o e e i g a Clu o e ro n r - o i g M c o v dim t rUsn o d M d l
反演 系数 ,与用历史探空统计资料作相对湿度诊断产生云样本的反演方法进行了 比较 ,并通过 因素分 析 、 数值模

利用新一代天气雷达资料反演云体含水量

利用新一代天气雷达资料反演云体含水量

引 言
2 0世 纪 7 年 代 , ree等 提 出 了 一 种 新 的 利 0 G en 用 雷 达 数 字 回 波 资 料 计 算 的 预 报 因 子 — — 垂 直 累 积 液 态 含 水 量 ( et a Itga dLq i , 称 V L , V rcl nert iud 简 i e I )
尺 度 天 气 。 。 。 1 1 雨滴 的 M — . P分 布 和 含 水 量
等 的判别 指标 , 对合 肥 多 普 勒 天 气雷 达 观 测 到 的 超
级单 体作 了分 析 , 明 了这 些 指 标 同样 适 用 于合 肥 证
的情 况 。 潘 江 和 张 培 昌 利 用 垂 直 累 积 液 态 含 水
回波 顶高 之 比来 求 V L密度 , 应 用于 冰雹判 别 , I 并 得
到 一 些 判 别 指 标 。 国 内 , 媛 媛 等 利 用 A un 郑 mb r
明 :多普 勒 天 气 雷达 ( ope a e R d r 能 非 D p lr Wet r aa ) h
常有 效地监 预测 短时 天气 、 强天气 , 其是 雷暴 等 中 尤
徐 泉 丽 ,于保 安 ,张 勇 ,张 素 霞
( . 密 市 气 象 局 , 南 新 密 4 27 2 南 京 信 息 工 程 大 学 , 京 2 04 ) 1新 河 5 30; . 南 10 4
摘 要 :利 用 多普 勒 天 气 雷 达 探 测 的反 射 率 因子 z与 含 水 量 的 z一 经 验 关 系 武 , 演 云 体 含 水 量 。 计 算 反 域定 为 以 雷 达 站 为 中 心 、 平 边 长 为 1 0k 的正 方 形 格 点 域 , 直 高 度 为 3 m, 辨 率 是 1k 水 5 m 垂 0k 分 m×1k k m X1 m。 通

【国家自然科学基金】_云液态水含量_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

【国家自然科学基金】_云液态水含量_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
科研热词 推荐指数 辐射雾 1 辐射传输模式 1 液水含量 1 液态水含量 1 机载微波辐射计 1 数值模拟 1 敏感性试验 1 层状云 1 反演方法 1 云粒子谱 1 云微物理 1 云中垂直路径的液态水含量 1 一维层状云模式 1 pms 1
科研热词 观测 短波辐射强迫 液态含水量 海雾 浅积云 日全食 新一代天气雷达 微波辐射计 影响 小波分析 增雨 垂直非均一云 准周期振荡 净长波辐射通量 中尺度模式 sbdart gps/met
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2014年 科研热词 海面风场 机载探测 数值模拟 微物理特征 层状云 台风 可播性 全极化微波辐射计 云滴谱 云微物理量 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
科研热词 飞机结冰 飞机探测 雷达反射率因子 降水 防冰系统 西南低涡 短时强降雨 气象条件模拟 日变化特征 微物理过程 微波辐射计 层状云 大气水汽 参数测量 云液态水含量 中尺度对流系统(mcs)
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
科研热词 推荐指数 人工增雨 2 飞机观测 1 降水粒子下落速度和谱宽 1 降水机制 1 观测分析 1 毫米波云雷达和飞机观测 1 有效粒子半径 1 垂直分布 1 云降水微物理参数 1 云水含量 1 云微物理结构 1 云分数 1 主动卫星遥感 1 中尺度云系 1 东北冷涡 1

微波辐射计遥感测量大气水汽含量和液态水含量

微波辐射计遥感测量大气水汽含量和液态水含量

微波辐射计遥感测量大气水汽含量和液态水含量近年来,随着气象监测技术的发展,微波辐射计遥感由于具有无需气象站仪器实施测量和大范围覆盖能力等优点,在研究大气中水汽含量和液态水含量方面越来越受到重视。

微波辐射计遥感可以采用较大量程和多波段反射率观测大气水汽含量,有利于改进大气水汽传输中的质量及风速场的质量。

因此,在研究大气中的水汽含量和液态水含量方面,微波辐射计遥感具有重要的应用价值。

微波辐射计遥感是利用微波辐射传感器,对大气中的水汽含量和液态水含量进行实时测量的方法。

微波辐射传感器可以直接收集大气中的微波辐射,并且可以精确地计算大气中的水汽含量。

微波辐射传感器的设计具有多种特点,包括探测范围、时间分辨率、空间分辨率和精确程度等。

微波辐射计遥感可以被用于多种应用,包括海洋预报、大气状况预报、气候模型、长期数据收集和分析等。

微波辐射计遥感可以实现多种形式,包括实施固定地点的大气水汽含量和液态水含量,以及实施流动水汽含量和液态水含量的活动测量。

微波辐射计遥感还可以用于像质量、湿度和温度等参数的定期监测和观测,以及其他应用。

当前,微波辐射计遥感技术正在不断发展,可以实现更高的精确度和更好的技术效益。

此外,它还可以实现多种多样的参数的实时监测,可靠性较高。

尽管微波辐射计遥感技术可以实现较高精度的水汽含量和液态水含量测量,但这项技术也具有一定的局限性,包括受到地形和地物的影响,以及时间分辨率和空间分辨率较低等。

因此,在实施微波辐射计遥感测量大气水汽含量和液态水含量时,应该重视这些影响因素,并努力改进技术,以提高测量精度。

同时,应该注意把握好测量精度与投资成本之间的平衡,并加强对大气环境变化的关注,以实现可持续发展。

综上所述,微波辐射计遥感技术在大气水汽含量和液态水含量的测量方面具有重要的应用价值,但它仍然存在许多局限性,因此需要对技术进行改进,以进一步提高其测量精度。

层析法微波辐射计遥感反演云液水含量的二维垂直分布

层析法微波辐射计遥感反演云液水含量的二维垂直分布



通过机载双天线微波辐射计 的观测数据层析反演 出云液水 的空间分布是一个有 限角度 的图像 重建问题 。
为提高这一反问题的适定性 , 文对 已有 的正则化方法进 行 了改 进 : 据云液 水 的分 布特征选 择 w 。 间范 数 本 根 空
的离散形式作为正则项 ; 通过数值模 拟试验确定双天线 仰角 的最 优设 置方案为 (0 , 0)等。为避免已有方法中 3。 9。
第3 4卷 第 5 期
21 0 0年 9月




Vo . 4 NO 5 13 .
Se . 2 0 pt 01
Chn s o r a f mo p e i S in e ie e J u n lo At s h rc ce c s
周琚 , 雷恒池 ,陈洪滨 , 等.2 1.层析法微波辐射计遥感 反演云液水含量 的二维垂直分布 E] 00 J .大气科学 ,3 5 : 0 1—12 . Z o u , 4( ) 1 1 05 h uJ n
2G a u t U i e s y o h n s a e y o ce c s e n 1 0 4 r d a e n v ri f C ieeAc d m f S i e ,B Oig t n 009
3Isi to oo ya d G o h sc,C iee a e fS ine ,B iig 1 02 nt ue fGelg n ep y is hnsAc dmyo cecs e n 0 0 9 t j 4Be igWe te o iiainOf ie B Oig 10 8 i n ah r df ct f c , e n 0 0 9 j M o
的角度分辨率 、 辐射计 观测 噪声 以及侧边 界云液水 分布的不确定 性 ; 云液水含 量 、 受 正则 算子特性 及边界 因素 的 综合 影响 , 同云型 的反演精度存在差异 。为使微 波辐 射计探测 云液水分布能够独立于其它探测手段 ,本文针对 不 未界模型提出嵌套反演方法 。数值模拟试验表 明, 嵌套 反演 方法 可以为 目标区域的反演提供足够 的侧边界信息 。 关键词

先进技术微波探测仪(ATMS)云液态水路径算法评估

先进技术微波探测仪(ATMS)云液态水路径算法评估

先进技术微波探测仪(ATMS)云液态水路径算法评估
董嫦娇;翁富忠
【期刊名称】《气象学报》
【年(卷),期】2022(80)2
【摘要】云液态水路径是气候和天气系统分析的重要参数,可以从卫星观测资料反演获得。

目前,基于卫星微波探测仪器观测资料的云水算法可由23.8和31.4 GHz 两个通道产生。

本研究使用先进技术微波探测仪(ATMS)观测数据,对物理和经验两种算法反演出的云液态水路径进行验证评估。

结果表明,经验算法和物理算法都可以描述云液态水在全球洋面上的分布,但是在中纬度地区数值差异较大。

物理反演结果与再分析资料以及卫星可见光云图中的云分布更为一致。

在中高纬度地区,经验算法受季节影响较大。

灵敏度分析结果表明,物理算法误差受云层温度、海面温度和风速的影响。

云层温度的不确定性可能是云液态水路径反演误差的主要来源。

海面温度误差影响高液态水路径的反演,风速对低液态水路径的影响比高液态水路径更大。

【总页数】15页(P334-348)
【作者】董嫦娇;翁富忠
【作者单位】南京信息工程大学;中国气象局地球系统数值预报中心;中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】P426
【相关文献】
1.基于云雷达和微波辐射计反演混合云液态水含量的算法
2.利用微波探测仪(ATMS)对在轨微波辐射计观测精度的模拟分析
3.基于云雷达和微波辐射计反演混合云液态水含量的算法
4.洋面云液态水的星载被动微波仪器遥感反演研究进展
5.降水条件下的云雷达与微波辐射计反演液态水含量对比分析
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机载毫米波雷达反演降水性积层混合云暖区液态水含量及其与飞机观测的对比

机载毫米波雷达反演降水性积层混合云暖区液态水含量及其与飞机观测的对比

机载毫米波雷达反演降水性积层混合云暖区液态水含量及其与飞机观测的对比*杨 晓1,2,3 黄兴友4 孙鸿娉1,3 王玉莹4 李培仁5YANG Xiao 1,2,3 HUANG Xingyou 4 SUN Hongping 1,3 WANG Yuying 4 LI Peiren 51. 山西省人工影响天气中心,太原,0300322. 中国气象局云雾物理环境重点开放实验室,北京,1000813. 人工影响天气山西省重点实验室,太原,0300324. 南京信息工程大学大气物理学院,南京,2100445. 山西省气象学会,太原,0300001. Shanxi Weather Modification Center ,Taiyuan 030032,China2. Key Laboratory for Cloud Physics of China Meteorological Administration ,CMA Weather Modification Centre ,Chinese Academy of Meteorological Sciences ,Beijing 100081,China3. Shanxi Key Laboratory of Weather Modification ,Taiyuan 030032,China4. School of Atmospheric Physics ,Nanjing University of Information Science and Technology ,Nanjing 210044,China5. Meteorological Society of Shanxi Province ,Taiyuan 030000,China 2022-12-22收稿,2023-05-18改回.杨晓,黄兴友,孙鸿娉,王玉莹,李培仁. 2023. 机载毫米波雷达反演降水性积层混合云暖区液态水含量及其与飞机观测的对比. 气象学报,81(5):827-837Yang Xiao , Huang Xingyou , Sun Hongping , Wang Yuying , Li Peiren. 2023. Retrieval of liquid water content in warm precipitating stratiform-convective clouds from airborne millimeter-wavelength radar and comparison with aircraft observations. Acta Meteorologica Sinica , 81(5):827-837Z =2454.71×LWC 1.614Abstract Liquid Water Content (LWC) is a key variable of clouds and has great implication for understanding cloud microphysical processes and validating weather modification . However, the application of relationships between reflectivity (Z ) and LWC proposed in previous studies is limited . In this study, the reliability of the airborne Ka-band millimeter wavelength cloud radar (Ka-band Precipitation Radar, KPR) and cloud particle detection instruments are validated first . Cloud data collected by the radar and the particle instrument onboard airplane during 2018—2020 are then processed and smoothed within different cloud diameter ranges and radar reflectivity ranges to build a new Z -LWC relationship suitable for precipitating stratiform-convective cloud . The new relationship is , with determination coefficient of 0.995 and root mean squared error (RMSE) is 0.2 g/m 3.Verification shows that the retrieved LWC is consistent with the measurements by the cloud particle detection instruments, and the discrepancy between the retrieval and observations is smaller than that between retrievals by other Z -LWC relationships and observations .Key words Liquid water content , Retrieval , Aircraft observation , Airborne millimeter wavelength cloud radar* 资助课题:国家重点研发计划项目(2019YFC1510301)、中国气象局云雾物理环境重点开放实验室开放课题(2019Z01609)、中央引导地方科技发展资金项目(YDZJSX2021B017)、山西省重点研发计划项目(202202130501020) 、国家自然科学基金项目(42005110)。

GVR机载微波辐射计反演算法适用性分析

GVR机载微波辐射计反演算法适用性分析
机 载微波 辐 射计 可 以通过改 变 飞行位 置 来探 测 云 中液 态 水 或 过 冷 水 分 布 ,是 探 测 人 影 作 业 潜 力 区—— 过冷 水 区的有 效手 段 。利用 机载 微波 辐射 计 探测 大气 水 汽 和 云 中 液 态 水 开 始 于 2O世 纪 8O年 代 ,但 时 至今 日相 关 研 究 工作 仍 然 较 少 。J.Warner 和 J.F.Drake_2 (1988)研 制 了 9.5 mm 波长 双 向天 线机 载微 波辐 射 计 ,它 利 用前 后 成 固定 角 度 的两 天 线交 互接 收来 自两个 不 同方 向 的 目标 云 系 信 号 ,获 取 云系辐 射亮 温 ,在反 演算 法上 采用 层析 技术 原 理 , 将 目标 云 系离散 化 ,根 据 辐射 传 输 原 理 求 得 云 中液 态水 含 量 的二维 分布 [3]。A.L.Pazmany(美 国 pro-
(1天 津 市 人 工 影 响 天 气 办 公 室 ,天 津 300074;2 中 国科 学 院 大气 物 理 研 究 所 云 降 水 物 理 与 强 风 暴 重 点 实 验 室 , 北 京 100029;3天津 市 气 象 科 学 研 究 院 ,天 津 300074)
摘 要 为 研 究 GVR(G-band water Vapor Radiometer)机 载 微 波 辐 射 计 自带 反 演 算 法 在 天 津 地 区 的适 用 性 ,将 2016 年 北 京 探 空 资 料 分 成 春 夏 秋 冬 ,对 垂 直 累 积 液 态 水 和 垂 直 累 积 水 汽 的 反 演 精 度 进 行 数 值 模 拟 检 验 。结 果 表 明 :垂 直 累 积 液 态 水 反 演 精 度 随 高度 变化 不 明 显 ,春 夏 秋 冬 4个 季 节 反 演 结 果 相 对 偏 差 值 范 围分 别 为 29% ~ 78% 、31 ~ 71 、36 ~67 、35 ~ 79 ,绝 对 偏 差 值 范 围 分 别 为 0.04~ 0.492 mm、0.075~ 0.294 mm、0.074~ 0.315 mm、0.116~O.347 mm;垂 直 累积 水 汽 反 演 精 度 随 高 度 降低 (3000 m 以上 降低 更 为 明 显 ),春 、夏 、秋 、冬 4个 季 节 相 对 偏 差 3000 m 以下 时分 别 为 2.6 ~ 20.8 、7.9 ~ 19.1 、4.3 ~ 16.5 、3.4 ~ 14.2 ,3000 m 以 上 时 分 别 为 6.4 ~ 89.7 、12.5 ~ 36.9 、13.2 ~ 5O% 、11.8 ~ 301 。 与 其 他 类 型 机 载 微 波 辐 射 计 反 演 精 度 及 GVR在 北 极 地 区地 基 观 测 反 演 精 度 相 比 ,GVR 自带 反 演 算 法 在 天 津 地 区 的 垂 直 累 积 液 态 水 和 垂 直 累 积 水 汽 反 演 精 度 明 显 偏 低 关 键 词 机 载 微 波 辐 射 计 GVR;反 演 ;垂 直 累积 水 汽 ;液 态 水 中 图 分 类 号 :P407.7 DOI:10.19517/j.1671—6345.20170384 文献 标 识 码 :A

机载微波辐射计反演云液水含量的云物理方法的开题报告

机载微波辐射计反演云液水含量的云物理方法的开题报告

机载微波辐射计反演云液水含量的云物理方法的开题报告一、研究背景云是大气中重要的气象要素之一,对大气的能量和水分平衡有着重要的影响。

云液水含量是云物理参数之一,对于研究云的形成、发展、降水等方面具有重要的作用。

机载微波辐射计是一种用于探测云液水含量的常用工具,它通过测量微波辐射的强度来反演云液水含量。

因此,研究机载微波辐射计反演云液水含量的云物理方法具有重要的意义。

二、研究目的本研究旨在通过分析机载微波辐射计反演云液水含量的云物理方法,提高对于云液水含量遥感探测的精度和可靠性,为研究云的形成、发展、降水等方面提供更为准确的数据支持。

三、研究内容和方法1. 理论分析通过对机载微波辐射计反演云液水含量的原理、方法等方面进行理论分析,分析云液水含量遥感探测存在的问题,探索提高遥感探测精度的方法。

2. 试验研究运用机载微波辐射计进行云液水含量的反演,收集数据,并对数据进行处理和分析,评价机载微波辐射计反演云液水含量的精度和可靠性。

3. 模型建立在理论分析的基础上,建立机载微波辐射计反演云液水含量的模型,通过模型检验和优化,提高云液水含量遥感探测的精度和可靠性。

四、研究意义和创新点1. 研究机载微波辐射计反演云液水含量的云物理方法,为遥感探测云液水含量提供新的思路。

2. 提高遥感探测云液水含量的精度和可靠性,为研究云相关气象要素提供更为准确的数据支持。

3. 通过建立机载微波辐射计反演云液水含量的模型,提高遥感探测精度的方法,具有一定的创新性。

五、研究进度安排第一年:理论分析和文献调研。

第二年:试验研究和数据处理。

第三年:模型建立和实验验证。

六、参考文献[1] 程敏. 机载微波辐射计反演云液水含量的方法研究[D].南京信息工程大学,2016.[2] Wu L, Huang J, Yan H, et al. Using Remote Sensing to Detect Condensed Water and Its Contamination over Pear Trees. Remote Sensing, 2019,11(14):1653.[3] Jia C, Dong J, Wang H, et al. Estimation of Cloud Liquid Water from Microwave Radiometer Observations Using an Active Learning Algorithm. Remote Sensing, 2018,10(12):1966.。

基于地基微波辐射计反演的济南地区水汽r及云液态水特征

基于地基微波辐射计反演的济南地区水汽r及云液态水特征

基于地基微波辐射计反演的济南地区水汽r及云液态水特征张秋晨;龚佃利;王俊;张洪生【摘要】基于德国RPG公司研制的14通道地基微波辐射计(RPG-HATRPO-G3)反演的2014年10月至2015年9月济南地区的水汽和液态水产品,分析了济南地区水汽和云液态水不同季节的月变化、日变化特征及其在强对流天气与小雨天气中的变化趋势.结果表明:2014年10月至2015年9月济南地区柱大气积分水汽量(Integrated Water Vapour,IWV)具有明显的月变化特征,其变化趋势与多年(1981—2010年)月平均降水量相关性较好,IWV夏季最高、冬季最低,四季IWV均具有弱的日变化特征,四季IWV标准偏差按照夏季、秋季、春季、冬季的顺序递减.对于济南地区春季、夏季、秋季3个季节有云无雨和降水前后液态水路径(Liquid Water Path,LWP)的数据,春季LWP可用数据量最少,夏季LWP可用数据量最多;月LWP在0—200 g·m-2范围内的数据占总数据的比例最多,LWP数值越大,其所占比例越小.月LWP大于1000 g·m-2数据的比例随着夏季的临近和降水量的逐渐增加也呈增加的趋势.IWV和LWP在强对流过程发生前均明显增长,数值大于1000 g·m-2的LWP数据比例为53.41%;而小雨天气发生前IWV呈波动上升的趋势,LWP仅在临近降水时才明显增大,LWP数值主要分布在0—200 g·m-2之间,占总数据的比例为86.56%.%Using integrated Water Vapor ( IWV) and Liquid Water Path ( LWP) data determined from 14-channel ground-based microwave radiometer named RPG-HATPRO-G3 during October of 2014 and September of 2015 in Ji′nan,seasonal,monthly,diurnal variation characteristics of IWV and LWP,as well as their variation tendencies in severe convective and spit weather were analyzed. The results show that IWV exhibited apparent monthly variation during the research period. Thetendency of these variations had a relatively good correlation with the long-term monthly mean precipitations during 1981 and 2010,with the highest value in summer and the lowest value in win-ter. Diurnal variations of IWV were weak in all seasons,and the seasonal standard deviations were in the decreasing order of summer,autumn,spring,and winter. After counting the number of LWP data in spring,summer and au-tumn seasons,the number of available LWP data in cloudy days is the minimum in spring and the maximum in summer. The number of frequency the monthly LWP peaks between 0-200 g·m-2 and declines with the increase of LWP. The number of frequency of the monthly LWP more than 1000 g·m-2 gradually increases with the increasing precipitation in summer season. IWV and LWP increase significantly ahead of an intensive convective weather,and LWP above 1000 g·m-2 accounts for 53. 41%. IWV increases in a wave pattern before a period of spit weather, while LWP increases significantly near the beginning of spit weather. Monthly LWP concentrated between 0-200 g·m-2 with the frequency of 86. 56%.【期刊名称】《气象与环境学报》【年(卷),期】2017(033)005【总页数】9页(P35-43)【关键词】综合水汽含量;液态水路径;地基微波辐射计;强对流【作者】张秋晨;龚佃利;王俊;张洪生【作者单位】山东省人民政府人工影响天气办公室,山东济南250031;山东省人民政府人工影响天气办公室,山东济南250031;山东省人民政府人工影响天气办公室,山东济南250031;山东省人民政府人工影响天气办公室,山东济南250031【正文语种】中文【中图分类】P415.1+3大气中的水汽和液态水是空中水资源的重要组成部分,其空间分布和变化特征对合理利用空中水资源、指导人影作业及暴雨、台风等灾害性天气的预报等均具有重要的意义。

寿县地区云中液态水含量的微波遥感

寿县地区云中液态水含量的微波遥感

寿县地区云中液态水含量的微波遥感姚展予;王广河;游来光;刘盈辉;李万彪;朱元竞;赵柏林【期刊名称】《应用气象学报》【年(卷),期】2001(012)0z1【摘要】该文利用地基双频(22.235 GHz(1.35 cm)和35.3 GHz(8 mm))微波辐射计和热带降雨测量卫星微波成像仪(TRMM/TMI)两种被动微波遥感资料分别反演安徽寿县地区云中液态水含量,运用统计回归方法得到该地区云水含量的反演公式,揭示了该地区云中液态水含量存在一个阈值0.4 mm,当云中液态水含量超过这一阈值时,该地区一般就会出现降水。

在降水发生之前,水汽和云中液态水含量均会出现一个显著增加的过程,而在降水结束之后则会出现一个显著减少的过程。

%Two kinds of passive microwave remote sensing data from a ground-based dual-frequency (22.235GHz (1.35 cm) & 35.3GHz (8 mm)) microwave radiometer and a Tropical Rainfall Measuring Mission Microwave Imager (TRMM/TMI) are used for cloud liquid water amount retrieval in the Shouxian area of Anhui. Based on the statistic regression method, the retrieval formulas for cloud liquid water amount in this area are educed. It shows that there exists a threshold of 0.4 mm for cloud liquid water amount in this area, and when the cloud liquid water amount exceeds this threshold, the precipitation occurs. Before the precipitation, there appears a process of obvious increase in the amount of water vapor and cloud liquid water, and after the precipitation, a process of obvious decreases.【总页数】8页(P88-95)【作者】姚展予;王广河;游来光;刘盈辉;李万彪;朱元竞;赵柏林【作者单位】中国气象科学研究院,;中国气象科学研究院,;中国气象科学研究院,;北京大学地球物理系,;北京大学地球物理系,;北京大学地球物理系,;北京大学地球物理系,【正文语种】中文【中图分类】P48【相关文献】1.云中液态水含量在人工影响天气中的应用 [J], 袁健;赵姝慧;张维全;秦鑫2.云中液态水含量在人工影响天气中的应用 [J], 斯琴巴特尔;赵永忠3.云中液态水含量在人工影响天气中的运用 [J], 王沛斌4.黄河上游地区秋季云中液态水含量的微波遥感 [J], 何生存;郭三刚;王治邦;龚静5.机载微波辐射计测云中液态水含量(Ⅱ):反演方法 [J], 江芳;魏重;雷恒池;金德镇;张景红;谷淑芳因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

星载微波辐射计遥感反演云水量的一个算式

星载微波辐射计遥感反演云水量的一个算式

星载微波辐射计遥感反演云水量的一个算式
陈洪滨
【期刊名称】《遥感学报》
【年(卷),期】2000(004)003
【摘要】云柱含水量(常称为云水路径,以下简写为L)是气象学中一个重要的物理参量.星载微波辐射计是目前监测全球范围云水路径分布和变化的最强有力的技术手段.已上天的微波辐射计(如SSM/I)反演云水路径L的算式需要进一步改进发展;将要上天的仪器(如日本的ADEOSⅡ-AMSR)反演L的算式需要建立.采用物理-统计反演方法,建立了一个L反演算式.主要过程是,先根据辐射传输模式模拟得到的资料,建立云水量L与有云无云亮温差之间的关系式;无云时的亮温由低频通道(SSM/I的19 GHz)及通过SSM/I大量晴天的资料建立的关系式求得.算式反演结果的对比表明,尽管作为验证的资料量极少且本身有很大的不确定性,但总体来说,我们算式的反演结果是可信的.
【总页数】7页(P165-171)
【作者】陈洪滨
【作者单位】中国科学院,大气物理研究所,LAGEO,北京,100029
【正文语种】中文
【中图分类】TP722.6
【相关文献】
1.层析法微波辐射计遥感反演云液水含量的二维垂直分布 [J], 周珺;雷恒池;陈洪滨;王彦飞;嵇磊
2.星载被动微波遥感反演降水算法回顾 [J], 李小青
3.利用地基多通道微波辐射计遥感反演华北持续性大雾天气温、湿度廓线的检验研究 [J], 郭丽君;郭学良
4.洋面云液态水的星载被动微波仪器遥感反演研究进展 [J], 傅云飞
5.移动通讯信号对星载微波辐射计的影响分析——以风云三号气象卫星微波湿度计为例 [J], 黄莹珠;张升伟
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微波辐射计探测降雨前水汽和云液水

微波辐射计探测降雨前水汽和云液水

微波辐射计探测降雨前水汽和云液水雷恒池;魏重;沈志来;梁谷;李燕【期刊名称】《应用气象学报》【年(卷),期】2001(012)0z1【摘要】1997年8~11月在陕西西安使用双通道地基微波辐射计对降水云系进行探测,除得到云中水汽含量(Q)和垂直路径积分云液水含量(L)的一般统计特征量外,还发现在降雨开始前,Q和L的数值均有跃增现象。

提出在降水云系前方(周围)存在丰水区的假设,这里可能是云滴向雨滴转化的孕育区、人工增雨最佳作业区。

%The Ground-Base Dual-Wavelength Microwave Radiometer (GBDWMR) system was applied to detect the precipitable water vapor (Q) and path-integrated cloud liquidwater (L) before rainfall in Xi'an area from August to November in 1997.Besides the normal statistic characters,the results indicate that there is a sharp increase both in precipitable water vapor (Q) and in vertical path integrated cloud liquid water (L) values before precipitation.It is suggested that there is a plentiful water vapor and cloud liquid water area around the precipitation region of the cloud system.The plentiful water area is the feeder of water vapor and cloud liquid water for the precipitation area.By the way,those phenomena can alsobe used for weat her nowcasting and weather modification.【总页数】7页(P73-79)【作者】雷恒池;魏重;沈志来;梁谷;李燕【作者单位】中国科学院大气物理研究所,;中国科学院大气物理研究所,;中国科学院大气物理研究所,;陕西省人工影响天气办公室,;陕西省人工影响天气办公室,【正文语种】中文【中图分类】P48【相关文献】1.基于地基微波辐射计反演的济南地区水汽r及云液态水特征 [J], 张秋晨;龚佃利;王俊;张洪生2.利用双频微波辐射计测空中水汽和云液水含量的个例分析 [J], 李铁林;刘金华;刘艳华;张云平;郑宏伟;马鑫鑫3.基于地基微波辐射计反演四川盆地水汽及云液态水的初步分析 [J], 郑飒飒4.基于机载微波辐射计探测大气水汽通道饱和问题研究 [J], 王婉;雷恒池;聂皓浩;王兆宇;郭晓军5.三通道微波辐射计遥感大气中水汽、液水和电长度增量的数值实验 [J], 王振会;徐培源;邓军;颜文胜因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

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段 , 有 Rayleigh - Jeans 近似 , 可以以辐射亮温来表
示辐射能量的大小 。由此 , 在平面平行大气条件
下 , 可写出机载对空微波辐射计的遥感方程 :
∫ Tb ( y)
=
Tb (
∞)
∫ -
∞ y ka
(
∞h) dh
·e + ka
(
h)
y
∫ ·T ( h)
·e -
h
y ka
(
h′) d
微波辐射计的高度是不断地变化 , 所以不能简单地应 用地基探测的反演方法 。我们必须解决在任意高度上 反演关系是什么形式 , 能否用简捷的函数形式表达出 任意高度上的反演公式 , 以及反演的精度是什么等等 一系列问题 。本文集中讨论反演方法的问题 。 在文献 [ 1 ]中 , 我们已介绍了单频微波辐射计 测云的可行性 , 并且给出了选用的测云波段频率为 31. 65 GHz (对应波长为 9. 5 mm) , 本文进一步讨论 单频机载仪器测量值的反演问题 。简单回顾已有的 地基反演方法 , 有利于建立机载遥感的反演方法 。 实用的地基微波辐射计的反演方法是统计反演 , 即 根据大量观测样本建立待测量和仪器观测记录之间 的统计回归关系 , 此关系作为反演公式 。但遥感云 液水时遇到缺少实测的积分云液水含量样本的困 难 。通常采用数值模拟的办法克服这一困难 , 以气 象探空的温 、湿 、压垂直廓线为基础 , 按照一定的 方式产生模拟的云液水的垂直廓线 , 实际的探空廓 线和模拟的云液水廓线组合在一起构成云天大气的 样本 。对云天大气样本进行微波辐射传输模式计 算 , 可得到模拟的下行辐射亮温 (观测量) 和积分云 液水含量 (待求量) , 大量样本统计回归得到反演公
L ( h) = a1 ( h) + a2 ( h) ·Tb ( h)
+ a3 ( h) ·Tb ( h) 2 ,
(7)
式中 a1 ( h) 、a2 ( h) 、a3 ( h) 是二次曲线的系数 , 即 我们要求的统计反演系数 (注 : 在这里和以下的各 表达式中 , 为了与使用习惯相一致 , 表示飞行高度 的符号都采用 h 代替第二节中的符号 y) 。 结果表明 , 统计反演系数随高度和季节而变 化 。图 1a~c 分别给出了 3 个反演系数随高度而变 化的月平均曲线 , 图中反演系数的值随高度的分布 表现出明显的按月变化的特征 。将反演系数随高度 变化拟合成多项式 , 函数关系如下 :
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34 高 原 气 象 23 卷
收稿日期 : 2003201220 ; 改回日期 : 2003204230 基金项目 : 国家自然科学基金项目 (40275002) ; 吉林省人工影响天气开放实验室部分基金共同资助 作者简介 : 江芳 (1977 —) , 女 , 江苏人 , 在读博士 , 主要从事大气遥感研究. E2mail :fangj0724 @sina. com. cn
h′·d
h
,
(1)
其中 y 为飞机所在高度 , Tb ( y) 为辐射计接收到的 云天大气向下辐射的亮度温度 , Tb ( ∞) 表示宇宙背 景辐射亮度温度 , 为常数 (2. 7 K) , T ( h) 是 h 高度 处的温度 。ka 是水汽吸收系数 kav 、氧气吸收系数 kaO和云的吸收系数 kac之和 :
1 引言
大气中的水在各种时空尺度的大气过程中扮演 着重要的角色 。云中液态水含量在多种学科和业务 中一直是极其重要的量 。在人工影响天气领域 , 云 中云水含量及过冷水条件是决定可播性的先决条 件 。然而目前由于测量手段并不多 , 且已有的手段 又各有其局限性 , 因而造成云液水和过冷水含量定 量资料十分缺乏 。鉴于这种情况 , 中国科学院大气 物理研究所与吉林省人工影响天气办公室合作 , 委 托中国科学院长春分院地理所在我国首次研制了对 空机载微波辐射计[1 ] 。机载对空微波辐射计继承 了地基微波辐射计的高时空分辨率 , 可从混合相态 的云中探测出过冷水等系列特点 。同时 , 由于飞机 可直接进入目标云系探测 , 非常灵活 , 是云雾物理 和人工影响天气研究领域一种有发展前景的探测手 段 。有了新的探测仪器 , 就应该有新的反演方法适 用于它 。然而到目前为止 , 除了美国和俄国用机对 空双向观测方式探测云液水含量的极少量论 文[2~4 ]以外 , 其他有关科研结果尚不多见。所以 , 在反演方法的建立方面是一新的尝试 。由于机载对空
更多层云 , 这已比较符合实际大气的状况 。在有云 处云液水含量数值的大小是根据一般层状云中的液
态水含量垂直分布的特征来确定的 。具体而言 , 将 云中液态含水量垂直分布的峰值高度 hp 定在云底 之上高度为云厚的四分之一处 , 峰值处云液水含量 的值 M max (g·m - 3) 与云厚和云底处的相对湿度成 正比例 , 即 :
kac = 10[0. 01124·(291- T) - 0. 9418 ] ·M ( h) / λ1. 968 , (3)
式中 , kac的单位为 ( k·m - 1) , T 是 云 滴 温 度 ( K) , M ( h) 是高度在 h 处的云中含水量 (g·m - 3) , λ为 波长 (cm) 。根据探空资料可得到大气温 、湿 、压随
k a = k av + k aO + kac ,
(2)
式中右边各项都是波长的函数 , 除此之外 , 它们还 以不同的形式与大气中一些气象变量有着相关关
系 。为简便起见 , 上式中没有一一写出有关的气象 变量 , 我们在此做简单叙述 : 氧气吸收系数是大气 温度和压力的函数 , 水汽吸收系数则是大气压 、温 度和湿度的函数 , 具体函数关系见文献 [ 7 ] 。云液 水的吸收系数是云液水含量和云温的函数 , 采用改 进的 Staelin 公式[7 ] :
4 反演公式及其各项的系数
黄润恒等[6 ] 研究地基微波遥感云的液态含水 量的工作表明 , 整层积分云液水含量与地面接收的 大气辐射亮温之间的统计关系可用一条二次曲线来 表示 。根据上节所述 , 长春云天大气样本用 (1) 和 (4) 式计算的结果进行回归 , 结果表明 , 在对流层 中下部的各个飞行高度上 , 其上空的气柱中液态含 水总量 L ( h) 与模拟的亮温 Tb ( h) 也有较好的二次 关系 , 其回归方程可写为
L ( y) = ξ( Tb ( y) ) ,
(5)
求取ξ的具体的函数形式 , 并得到相应实用的有气 候代气样本
(3) 和 (4) 式中的云液水含量 M ( h) 的大小和垂 直分布 , 从常规的探空资料中无法得到 , 必须按照 一定规则产生云液水含量的廓线 , 该规则即所谓的 云模型 。地基研究中通常采用诊断方法产生液水廓
1 期 江 芳等 : 机载微波辐射计测云液态水含量 ( II) : 反演方法 35
度处认为无液态过冷水存在 , 液水含量为零 。 本文选用长春站 4~7 月份历史探空资料每月 100 份左右 , 作为产生云天大气样本集合的基础资料 , 详 细情况见表 2 中回归样本一栏。根据本节的云模型产 生云天大气的样本 , 而后根据 (1) 和 (4) 式 , 得到相应 各高度上的亮度温度和云液水垂直积分含量 。
高度变化的廓线 , 若 云 液 水 的 垂 直 分 布 廓 线 M ( h) 已知 , 则根据 (1) 和 (2) 式可得到在飞行高度 y 处辐射计接收的辐射亮温 。
在飞行高度之上的垂直气柱中云中液态水积分
总量 L ( y) 可表示成 :
∫∞
L ( y) = M ( h) d h ,
(4)
y
这样 , 用一个例云天大气样本 , 根据 (1) 和 (4) 式计 算 , 就可以得到 Tb ( y) 和 L ( y) 组成的一个数据对。 大量的有气候代表性的云天大气样本 , 可计算出 Tb ( y) 和 L ( y) 数据对的集合。在此基础上 , 做统计回 归即可得到两者之间的统计关系 , 即反演公式 :
M max = 0. 1 ·f 0 ·Hc ,
(6)
其中 Hc 是以公里为单位的云厚 , f 0 是云底处的相 对湿度 ; 云顶和云底处云液水含量为零 , 在峰值高 度和云底 (或云顶) 之间的液水含量值在 M max和零 之间随高度呈线性变化 ; 温度低于 - 20 ℃的那些高
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( Ⅱ) : 反演方法
江 芳1 , 魏 重1 , 雷恒池1 , 金德镇2 , 张景红2 , 谷淑芳2
(1. 中国科学院 大气物理研究所 , 北京 100029 ; 2. 吉林省人工影响天气办公室 , 吉林 长春 130062)
摘 要 : 介绍了机载对空微波辐射计探测云中路径积分液态水含量 (L ) 的辐射传输原理和反演方法 ; 根据吉林省长春市的历史探空资料和典型的层状云液水垂直分布模式 , 得到该地区 4~7 月各月随高 度而变化的反演公式系数的表达式 , 并给出了反演误差的数值模拟检验结果 : 在地面反演值对“真值” 的统计相对偏差是 15 %~25 % , 在 6 km 高度处为 5 %~10 % , 表明该方法已具有实用可接受的精度 。 此外 , 为减少由于回归样本中云液水廓线的“失真”给反演造成的误差 , 本文在对探空廓线作诊断建立 云液水廓线时 , 引入了实际目测最低云底高的信息 。数值模拟比较表明 , 该措施行之有效 , 使对流层 中下层几乎所有高度上 L 反演值的精度提高了 5 %~20 % , 观测高度越低 , 精度提高的越多 。 关键词 : 机载微波辐射计 ; 云液态水含量 ; 反演方法 ; 云模型 中图分类号 : P414. 2 文献标识码 : A
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