中国及周边地区夏季中尺度对流系统分布及其日变化特征

利用1996~2006年(无2004年)10年6~8月地球静止卫星高分辨率逐时红外亮温(简称TBB)资料对夏季中国及周边地区的中尺度对流系统(简称MCS)活动情况进行了统计分析, 并同已有文献中使用常规地面观测资料统计的雷暴日数分布以及低轨卫星观测的闪电资料分析结果进行了对比, 结果表明低于-52℃红外亮温的统计特征可以较好地展现该地区夏季MCS时空分布的基本气候特征. 该地区夏季MCS的总体分布特点是具有3条东西分布的带状MCS活跃区; 30°N附近的活跃中心表现为明显的东西波动状; 从大气环流来看东亚夏季风把3条MCS活跃带联系在一起. 重点对不同下垫面区域的MCS日变化特征进行分析表明中国及其周边地区具有单峰与多峰型两种MCS日变化特点, 单峰型MCS多发生在高原与山区, 多峰型MCS多发生于平原与盆地. 由于不同地区单峰型MCS持续时间与活跃时段的并不相同, 因此又可以区分为青藏高原MCS、一般山地热对流、琉球附近海域MCS等. 多峰型MCS具有类似于MCC (中尺度对流复合体)日变化的特点, 反映此类MCS生命史较长、水平尺度较大、日落后一度减弱、午夜后又再度发展. 青藏高原MCS与一般山地热对流一般都在午后发展, 但青藏高原MCS持续时间长, MaCS(a中尺度对流系统)活跃. 琉球附近海域MCS具有午夜后发展、持续时间长的特点, MaCS也较活跃. 印度季风涌地区由于充沛的水汽与有利的大尺度环境使得全天几乎任一时次MCS都很活跃, 而且MaCS非常活跃. 四川盆地地区由于山谷风环流的影响MCS夜发性特征特别显著, 该区域也是MaCS的活跃区之一. 两广地区海陆交界处是海陆风环流显著的区域, 因此MCS具有午后向陆地传播、午夜后向海洋传播的特征. 低于-52℃红外亮温的气候统计特征清楚地展现了海、陆、山地的热力性质差异所导致的MCS不同气候分布特点. 不仅大尺度大气环流而且海、陆、山地热力差异引起的局地环流在很大程度上决定了中国及周边地区夏季中尺度对流系统活动的气候特征.     

京津及邻近地区暖季强对流风暴的气候分布特征

使用2003~2007年5~8月天津塘沽新一代多普勒天气雷达高时空分辨率三维体积扫描数据, 对京津及邻近地区的强对流风暴的气候分布特征进行了统计分析. 通过对风暴的识别和追踪结果的统计分析, 给出了京津地区对流风暴的面积、体积、顶高、最大反射率因子、生命史和运动规律等定量的强对流风暴气候统计特征. 结果表明: 京津地区75%的对流风暴持续时间小于30 min, 绝大部分的风暴体积小于400 km³; 从对流风暴整体移动趋势来看, 风暴大多从西南向东北移动, 移动速度集中分布在10~30 km?h^-1区间; 风暴顶平均高度约为海拔6 km, 但某些强对流风暴的顶高可达到15 km以上; 京津地区风暴的面积、体积等特征具有西弱东强的特点. 与使用常规观测资料和静止卫星红外亮温的统计结果相比, 使用雷达资料进行气候统计不仅可以给出对流风暴的三维空间信息的统计结果(如体积和顶高等), 还可以给出风暴的生命史、速度等定量气候分布特征, 从而进一步充实了对该区域对流天气的气候特征认识.     

汶川地震卫星热红外亮温变化

应用不同于以前的卫星红外遥感资料处理方法, 并选用静止卫星红外遥感亮温资料, 对2008年汶川8.0级特大地震进行了再研究. 结果表明, 在大地震发生之前亮温变化存在明显的特征周期和振幅以及热异常分布区域. 这些红外异常特征易于识别和应用, 可作为一种识别地震热异常信息的判据. 同时对该热异常成因机理进行了探讨.     

星载MODIS资料与地面光度计探测气溶胶变分场

提出了地面多点动态光度计与MODIS卫星遥感气溶胶综合观测技术途径, 研究结果表明, 卫星MODIS遥感气溶胶资料经地面光度计观测场变分技术处理可取得显著的效果. 另外, 采用Terra卫星MODIS遥感与地面光度计变分处理的气溶胶分布特征初次揭示了北京周边地区(河北、山东等省)气溶胶及其污染排放影响特征. 这类气溶胶区域性影响特征与北京周边山谷南面开口的“马蹄型”地形相关, 文中采用HYSPLIT-4轨迹分析模式及其气象资料分析, 证实了此个例周边污染物扩散过程轨迹及其区域气溶胶影响特征.     

论我国静止气象卫星遥感的发展战略

本文扼要地回顾美国地球静止卫星ＧＯＥＳ遥感发展动态的基础上,论述了为增强我国对天气、气候和空间天气的监测能力,我们必须站在发展战略的高度,考虑和制定我国２１世纪地球静止卫星遥感的发展战略。     

太空神眼——导弹预警卫星

导弹预警卫星是一种专门用于发现弹道导弹发射,从而达到预警目的的侦察卫星。导弹预警卫星通常在地球静止轨道或周期约12小时的大椭圆轨道运行,一般由多颗卫星构成预警网。星上装有红外探测器和电视摄像机,弹道导弹从地面或水下发射时,高灵敏度的红外探测器能迅速捕捉导弹主动段飞行期间发动机尾焰的红外辐射并发出警报。与此同时,带有远摄镜头的高分辨率摄像机对准导弹     

从FY-3B极轨气象卫星VIRR 仪器通道5 遥测数据计算射出长波辐射

基于红外辐射传输方程, 模拟了代表全球各种天气状况3812 条大气廓线的大气顶射出长波辐射通量密度(OLR), 以及FY-3B VIRR 通道5 辐射率, 通过统计回归分析, 建立了通道5亮温与通量等效亮度温度的统计回归关系式. 将回归模式应用于FY-3B VIRR仪器的L1级数据,处理出了卫星观测时刻的OLR格点场产品, 产品的精度经由与观测时间相近的NOAA-18 卫星同类产品对比得出, 对于全球日平均产品, 两者的系统均方根误差RMSE=10~13 W/m²,相关系数R = 0.97~0.98, 误差的主要原因是对同一地理位置两星的观测时间不尽相同. 文中给出了处理出的OLR产品实例, 以及产品的应用范围和初步应用个例     

北京及周边城市群落气溶胶影响域及其相关气候效应

用晴空、稳定天气条件下卫星遥感MODIS 反演气溶胶光学厚度资料, 结合地面观测PM10 浓度资料进行变分分析, 并利用卫星TOMS 反演气溶胶光学厚度资料和北京及周边各气象站观测日照时数、雾日数、低云量等气象要素资料进行统计分析, 探讨了北京及周边城市群落的气溶胶分布及其区域气候效应特征, 研究结果表明, 通过晴空、稳定天气条件MODIS 卫星遥感气溶胶反演指数结合地面实测场进行变分订正多样本合成分析, 亦可发现北京与南部周边“马蹄型”大地形“谷地”内类似“三角形”气溶胶高值区的分布特征图像. 上述气溶胶分布特征表明, 城市群落污染物大尺度迁移、扩散过程可构成更大空间尺度城市群落气溶胶相对持续稳定的特征分布. 北京及周边区域在区域特殊大地形影响背景下TOMS 卫星气溶胶反演指数高值区及其与晴空日照时数的区域相关分布均类似于上述 MODIS 气溶胶反演光学厚度变分场合成图像, 即大气气溶胶影响效应在北京及周边地区表现显著. 晴空日照时数与TOMS气溶胶指数两者负相关高值区域与20 世纪80~90 年代日照时数偏差负值显著区分布特征近似吻合, 且气溶胶指数与晴空日照时数的逐日变化呈互为反相关关系. 上述京津地区城市气溶胶影响高相关区偏于两城市南部周边范围; 其“重心”偏于京津城市群落南部, 主体大范围向南延伸, 构成类似偏心椭圆影响区, 即北京城市周边存在某种“半径”范围的气溶胶影响域. 此类气溶胶影响域内外, 日照时数、低云量和雾日数的年际变化趋势呈区域性显著差异. 城市群落下风方存在雾或低云量年代际增多趋势显著区, 上述现象可能与气溶胶影响域内城市群落污染扩散动力过程中区域性气流汇合流场局地气候特征相关, 此类局地动力特征可能导致城市群落下风方气溶胶影响的区域性“加剧”效应. 研究结果揭示出气溶胶影响域内低云量年代际变率显著区与城市“下游羽流区”局地风场结构的气     

干旱区夏季晴空期超厚对流边界层发展的能量机制

在全球干旱区,因其特殊的气候环境背景,夏季晴天常常会出现其他地区少见的超厚对流大气边界层(superthick convective boundary layer, SCBL),这种特殊的边界层结构具有重要的天气气候意义,但目前对这种超厚对流边界层发展机制理解十分有限.这既制约了大气数值模式中针对这种超厚对流边界层的参数化改进,也限制了超厚对流边界层与天气气候背景相互作用的科学认识.通过选取我国西北干旱区敦煌荒漠戈壁为代表性研究区,利用以往在该区域开展的陆-气相互作用观测试验资料及长期业务探空观测资料,从大气边界层发展的能量机制出发,对该地区出现的超厚对流边界层的发展过程进行分析.分析表明:从日际尺度看在持续晴空期即使在白天地表感热通量日积分值不变甚至减弱的情况下,大气对流边界层(convective boundary layer, CBL)的日最大厚度仍然表现为逐日持续增高的特点,且地表感热提供的能量无法平衡对流边界层发展所需要吸收的能量.主要原因是深厚的近中性残余层(residual layer, RL)在对流边界层发展过程中发挥了重要作用,通过夹卷过程从残余层进入对流边界层的夹卷能量是对流边界层逐日持续发展的关键能量补充.在夏季连续晴空期,对流边界层与残余层之间会形成逐日循环增长机制,使干旱区夏季发展出超厚对流大气边界层.     

泰坦——孕育生命之星?

1655年的一个晴朗之夜,荷兰天文学家惠更斯用自制的折射望远镜发现了土星卫星中最大的一颗——土卫六,西方人叫它“泰坦”。从那时起,天文学家饶有兴趣地关注了它300多年。泰坦最显著的特征是它有一层厚厚的橙红色大气,那是氮和甲烷的混合气体,有地球大气层的7倍那么厚,也是迄今所知太阳系中惟一拥有浓密大气的卫星。1980年;当“旅行者1号”飞船飞过泰坦时,这层大气成为飞船观测泰坦的一道屏障。据最新的红外成像显示,泰坦地面形态比较复杂,表面明暗不均,一些暗区可能是液态烃（液态碳氢化合物）海,一些较亮的区域则     

青藏高原那曲地区夏季对流云结构及雨滴谱分布日变化特征

青藏高原对于我国大气水循环、生态环境、灾害天气产生及气候变化等均具有重要作用和影响.为进一步揭示青藏高原气象和大气物理过程,我国启动了第三次青藏高原科学试验-边界层与对流层观测(2014~2017年)重大研究项目,其中云降水物理观测试验采用了包括C波段连续波雷达、Ka波段毫米波云雷达、地面雨滴谱仪、激光云高仪等目前先进的观测仪器.本文利用2014年7月1日~8月31日期间在西藏那曲的观测数据,结合FY-2E卫星的TBB资料,分析研究了青藏高原夏季(7~8月)对流云及其降水过程和雨滴谱分布特征.研究结果表明,观测试验期间青藏高原对流活动主要集中在高原东南部和中部地区,其降水过程存在准两周的周期性;由于高原的加热效应,对流云和降水过程有着显著的日变化特征,对流活动在11:00(当地时间)由局地热对流发展,经合并增长在17:00~18:00达到最强,入夜后降水过程开始偏平流性并持续至6:00,之后逐渐消散,上午对流活动较少.高原对流云平均云顶高度为11.5 km左右(海拔高度),最大云顶高可超过19 km;平均云底高度6.88 km.降水过程主要表现为短时阵性降水,持续时间基本小于1 h,平均降水强度在1.2 mm/h左右.另外,研究发现高原雨滴谱分布相对于同纬度和季节的平原地区较宽,导致高原对流易产生降水.Γ分布相对于M-P分布更适用于对高原上的雨滴谱分布进行拟合.     

青藏高原晴空行星反照率与地面反照率关系的研究

地面反照率是数值模拟和地面能量平衡方程中的一个重要参数。过去,对于地面反照率的估计,一般是根据实测资料结合植被特征的±壤类型分布图推算得到的,这种方法往往会产生代表性和某些类型不确定性的问题。随着气象卫星的发展,利用卫星观测资料研究地     

中国大陆地区雷暴上方的巨大喷流

巨大喷流(gigantic jet)是发生在雷暴云上方的一类大尺度瞬态放电现象,将雷暴云和电离层直接电连接起来.与发生在雷暴云上方的其他放电现象相比,巨大喷流很难在地面观测到.2010年8月12日晚,在我国大陆地区黄海附近雷暴上方(雷暴中心位于35.6°N,119.8°E)观测到一例巨大喷流放电事件,这是迄今为止观测到的距离赤道最远的发生在夏季雷暴上方的巨大喷流.研究结果表明,观测到的巨大喷流放电顶端约位于地面上方89km.产生巨大喷流的雷暴是一个多单体雷暴,巨大喷流出现在雷暴发展阶段,云顶最低亮温约为73℃,最大回波顶高为17km,45dBZ雷达回波顶高位于12～14km.与已有研究结果巨大喷流产生前后正地闪占主导不同,本文得到在巨大喷流产生前后负地闪占主导,而且负地闪在整个雷暴过程中占主导,表明产生巨大喷流雷暴的雷电活动特征存在多样性.另外,本文观测结果是两个雷暴过程产生了两类不同的放电事件,产生巨大喷流的雷暴仅产生了这次巨大喷流,而另外一次雷暴则只产生了5次红色精灵.这一研究结果丰富了对已有产生巨大喷流的雷暴的认识.此外,由于本文观测到的巨大喷流处在台湾FORMOSAT II卫星搭载的ISUAL(Imager of Sprites and Upper Atmospheric Lightnings)观测设备的有效探测范围(30°S～30°N)之外,因此,本文也是对台湾卫星观测结果的有益补充.     

东南极Dome A 近地面气温及雪层温度的观测研究

利用我国在Dome A 获取的2005~2007 年自动站观测资料, 分析了冰盖近地面3 个高度的气温和近表层4 个深度雪温的季节变化及其差异特征, 并分析了近地面底层逆温及大气稳定状况, 最后对近地面观测气温、10 m 深度雪温以及地面气温的关系作了探讨. 结果表明, Dome A近地面温度变化具有典型的无芯冬季特征, 在长达半年的冬季期间近地面存在强而稳定的逆温. 雪层中季节温度波动的振幅随深度衰减, 同时位相逐渐滞后, 导致近表层内季节温度的垂直分布廓线具有显著差异. 由于很强的近地面逆温效应, 自动站观测的近地面年平均气温比 10 m 雪温所代表的年平均地面温度高得多. 而根据边界层理论对地面气温进行近似推算得到的年平均地面气温与10 m 雪温十分接近, 考虑到其极低的10 m 雪温和很强的近地面底层逆温, Dome A 可能是地球上地面温度最低的地点,这有待于观测进一步证实.     

TC-1卫星在近地磁尾观测到的持续尾向流事件

2004年7月11日ACE卫星、Imagine卫星和TC-1卫星联合观测到伴随有持续尾向流的亚暴过程. TC-1卫星在近地磁尾晨侧观测到的磁尾亚暴过程有三个阶段: 增长相过程(11:43~12:19), 预膨胀过程(12:19~12:28)和偶极化过程. Imagine卫星在12:26观测到极光突然增亮; 2 min后偶极化过程发生. 尾向流的持续时间约45 min, 经历了增长相和预膨胀相. 随偶极化过程的发生, TC-1卫星进入等离子体片内观测到高速地向流. 尾向流具有明显的高密、低温和沿磁场方向流动的特征, 与Cluster等卫星在近地磁尾观测到的电离层上行离子流特征吻合. 卫星的联合观测表明近地磁尾尾向流与南向行星际磁场密切相关, 对亚暴过程有重要影响.     

日全食时的日冕光学观测

日冕是太阳的外层大气, 不仅其高速外流的高温等离子体形成太阳风, 而且还常发生强烈的日冕物质抛射(CME), 发射很强的紫外和X射线, 日冕活动严重地影响日地空间环境和太空天气以及地球, 观测研究日冕的结构和活动有重要的科学意义和应用价值. 日冕的光学亮度只有日轮光球的百万分之几, 日全食是观测日冕的最有利时机. 本文综合评述日冕的各种形态特征和结构性质、活动规律及其观测研究进展, 有助于在2009年及以后的日全食时更好地拟定观测方案, 以便获得有成效的科学观测资料, 促进有关课题的深入研究.     

偶极化峰面附近离子通量消退现象

<正>偶极化锋面在观测统计以及个例分析中被广泛研究.它最主要的特征是北向磁场(GSM坐标系下的Bz分量)的突然增强,并且之前Bz会出现短暂的减小.观测结果显示偶极化锋面是一种地向传播、厚度只有离子回旋半径量级的结构,并且通常伴随着强的瞬态电场、波动以及电流.观测和模拟结果都表明当偶极化锋面通过卫星时,测得的粒子通量在某一能量阈值以下下降,而在该阈值以上的通量则上升.锋面附近电子和离子的加速一直是这     

上层对流层大气水汽通道亮温揭示的季风涛动

利用１９７９￣１９９５年ＮＯＡＡ极轨卫星探测到的上层对流层大气通道月的水汽亮温资料分析了全球季风强度的年际变化,指出赤道中东太平洋与南亚和热带南美地区,以及太平洋南北半球副热带地区在水汽通道亮温强度上存在的反向的年际变化,这种形态的年际变化可能反映了大气环境的一种涛动,即季风涛动。     

风云四号辐射成像仪及其数据在卫星气象中的应用

人类社会的发展与气象观测密不可分,通过气象卫星观测气象是气象预报的重要手段。气象卫星主要分为极轨气象卫星和静止气象卫星两类。辐射成像仪一般是各类气象卫星的核心载荷,用于获取目标不同光谱波段的辐射数据。卫星气象是指对气象卫星获取的辐射数据进行分析处理,利用分析结果进行气象和气候预报。本文重点介绍了中国最新研制发射的第二代地球静止气象卫星--风云四号辐射成像仪的性能和技术特点,并介绍了辐射成像仪数据产品在卫星气象中的应用。     

梅雨锋中尺度暴雨云团的运动学结构

东亚梅雨和印度季风是世界上最显著的季风现象。在梅雨期,有一条地面静止锋及其锋面云带停留在我国长江中下游到日本南部一带,锋面云带上时而有暴雨发展。 暴雨是由中尺度对流性系统产生的。梅雨锋暴雨区有两种中尺度组织形成:中尺度雨带和中尺度雨团。一些研究指出,从卫星云图上所见的梅雨锋暴雨云团非常类似于美国的MCC(中尺度对流复合体)系统。但至今对于成熟梅雨锋暴雨云团的结构尚没有很多研究。