用于对流层遥感的新型数字化双频微波辐射计

在京、津、冀中小尺度危害性天气监测与超短期预报的实验研究中,新研制的数字化双频微波辐射计将为实验中心提供对流层水汽场及液态水的连续观测资料,原理上水汽变化容易从测量水汽1.35cm微波吸收线附近的大气热辐射中得出,在云天情况下,1cm附近大气窗区的辐射测量可用于计算来自云中液态水的微波辐射的贡献。     

青藏高原中部大气水汽稳定同位素捕捉到印度洋台风“费林”信号

大气水汽稳定同位素的变化不仅在长时间尺度上与气候因子相关,而且对于极端天气事件也十分敏感.本文通过分析青藏高原中部那曲地区大气水汽?18 O变化,发现2013年10月15~16日在印度洋台风"费林"暴发期间,大气水汽?18 O达极低值?42.1‰,平均值低于一般值16.6‰.大气水汽同位素与同期气象观测结果对比分析表明该极低值与水汽来源相关.TRMM卫星日降水量分布及水汽反向追踪模型结果显示,该水汽来源于南部的孟加拉湾.这表明即使在季风结束期,印度洋水汽可以通过极端天气事件影响到青藏高原;这也表明极端天气事件有可能通过稳定同位素信号影响不同介质的稳定同位素记录.     

大气质量南北涛动的季节循环

利用1979~2006年NCEP/NCAR逐日、月平均地表气压、经向风、辐射及水汽再分析资料, 对大气质量南北涛动(IHO)季节特征进行分析, 结果表明: (1) 由地表气压计算的大气质量IHO季节循环明显, 两半球大气质量呈一波型反位相变化, 且两半球年变程相当; (2) 半球水汽质量在南北半球呈现反相变化的季节循环特征, 其年变程与IHO的季节循环相当, 但位相相反; (3) 季节变化中, 越赤道气流的形成与大气中水汽质量的变化有关(E-P); (4) 辐射加热为IHO的主要外强迫因子, 其中半球地表净短波和净长波辐射, 分别与水汽质量及越赤道质量流季节变化相对应; (5) IHO季节变化主要与中纬度大气质量变动有关. 全球范围大气质量的重新分布, 在不同季节间有显著的海陆分布差异, 在北半球主要表现为纬向型分布, 而南半球则以经向型分布为主.     

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。     

大气微波辐射与水汽的遥感

地面上接收大气的微波辐射可以遥感大气温度、湿度层结和云雨要素。在1981年9月—10月,本实验室用5 mm-1.35 cm波段中4个频段的微波辐射计进行大气遥感实验,本文讨论有关8 mm微波窗区和1.35 cm水汽吸收带大气微波辐射特性,以及用此两波段遥感大气总水汽含量的方法和实验。     

上海GPS网层析水汽三维分布改善数值预报湿度场

水汽三维分布信息是数值天气预报模式的初始条件之一, 大气中的水汽具有较强的时空变化特性, 传统观测手段受时空分辨率的限制, 对模式初始水汽场的描述远远不够. 利用地基GPS信号斜路径观测值探测水汽垂直剖面信息是目前国际上的研究前沿, 利用上海GPS综合应用网GPS信号斜路径水汽观测值, 在国内首次层析了上海地区水汽三维分布. 层析中采用高斯加权函数进行水平约束, 利用数值预报结果做先验值, 考虑了边界条件. 针对无法准确给出各类观测信息先验权的问题, 在层析水汽三维分布问题中首次采用了方差分量估计, 进行验后定权; 为了降低观测噪声对参数估计的影响, 采用了抗差估计; 针对水汽密度随高度减小的特点, 垂直方向上采用随高度变化的非等权约束方法. 层析结果与MM5数值预报结果比较, GPS信号斜路径水汽观测值对数值模式的预报湿度场有明显改善, 利用GPS信号斜路径水汽观测值准实时地探测水汽的三维分布, 应用于短期数值预报中, 可改善短期预报的初始湿度场, 提高数值预报的准确度.     

用遥感法测量钢建筑物应力的实验研究

我们在研究岩石的电磁辐射中,发现岩石的红外辐射和微波辐射随岩石应力状态变化而变化的物理现象,若这一物理现象在钢材料中也存在,那么对钢建筑物的应力及其分布有可能进行遥感测量,我们对钢材料进行了实验,得出了钢材料的红外辐射能量和微波辐射能量随钢材料应力状态变化而变化的实验结果,本文报道了这一新结果.     

塔克拉玛干沙漠及周边地区大气水汽量的时空变化

利用塔里木盆地周边地区27个站的1961~2006年的降水、水气压资料和沙漠腹地塔中气象站1999~2006年的观测数据,重建了塔中站1961~1998年逐月水气压序列,并利用1976~2006年和田、库车、若羌、喀什和民丰(1999~2006年)等5个探空站实测资料对大气含水量与地面水汽压的关系进行了验证和计算,研究了塔克拉玛干沙漠及周边地区大气含水量时空变化,得出了新的水汽分布形式.结果表明:塔里木盆地内大气含水量的高值区,主要分布在沙漠北部、西部的边缘的绿洲地带,大气含水量在14~15mm.而沙漠腹地是水汽的低值中心,水汽含量仅为7~8mm.大气含水量的年际变化总体呈现增加趋势,1961~1986年期间,沙漠周边与腹地水汽含量的升降趋势均不显著,1986年后发生显著意义的突变,两地水汽增加明显.这与近50年来南疆降水显著增加的趋势是一致的.NCEP/NCAR再分析资料在塔克拉玛干沙漠地区偏差很大,与实际情况不符.     

青藏高原大气水汽稳定同位素三维观测体系

青藏高原是南北极之外冰雪储量最大的地区,也是亚洲10条大江大河的发源地,其水循环变化会影响全球近五分之一人口的生存和发展.水汽传输是青藏高原水循环的关键过程.大气水汽稳定同位素是研究水汽传输过程和机制的新指标.本文回顾了大气水汽稳定同位素垂直剖面观测研究的发展历程和青藏高原大气水汽稳定同位素研究现状,重点介绍了自第二次青藏高原综合科学考察研究启动以来,本研究团队建成的全球最大的同类地表水汽稳定同位素观测网,及结合浮空艇技术,开展的国际前沿大气水汽稳定同位素三维传输过程观测研究新进展.今后,我们将通过多学科交叉,继续拓展高精度三维(地-空)水汽稳定同位素多尺度连续观测,并结合地球系统模型,从而全面、准确地认知全球变暖背景下的青藏高原水汽传输过程和水循环变化机制,以服务于青藏高原和周边地区的水安全战略和水资源管理.     

那曲河流域季风结束前后大气水汽中δ 18O变化特征

在青藏高原中部那曲河流域2004年8~10月收集了大气水汽样品. 研究结果表明, 该流域大气水汽中 δ ¹⁸O值存在一定的波动, 尤其在季风撤退前后, 波动最为显著. 而且大气水汽中δ ¹⁸O与露点温度的波动趋势是明显反向的. 降水事件对该流域大气水汽中δ ¹⁸O波动具有绝对的影响. 在整个大气水汽样品收集时段, 降水发生时, 大气水汽中δ ¹⁸O都为低值. 不同的水汽来源对该流域大气水汽中δ ¹⁸O具有一定的影响, 特别是强烈的西南季风活动带来的海洋性水汽导致该流域大气水汽中δ ¹⁸O出现相对低值, 而当该流域主要受大陆性水汽影响时, 大气水汽中δ ¹⁸O相对较高.     

纵向岭谷区水汽通道作用及植被生产力响应

纵向岭谷区河谷“水汽通道”作用,使通道与其毗邻地区形成特殊的水热分布格局,并产生了强烈的生态效应,并对该区的生物产生了深刻的影响．在本区30年平均年降水、气温空间数据、净初级生产力、植被类型、地形(高度、坡度、坡向)、太阳辐射等数据基础上,构建纵向岭谷区“地-汽-水-生”系统数据库;通过河谷水汽通量、降水格局、“分水岭”空间分析,印证河谷“水汽通道”作用的并存;水汽通道作用对植被的垂直分布带谱南北差异和植物种类的反常分布产生了重要的影响;与相邻同纬地区比较,本区NPP(净初极生产力)值总体偏高,向北突出、延伸趋势显著,并且高值线的流动方向与河谷相一致;人工神经网络分析结果确定最低温度、海拔高度、降水、坡度是影响本区NPP的关键因子,它们的影响率依次为1．588,1．053,1．006和1．003．最后分析了各植被类型及同一植物物种的净初级生产力对水热条件的具体响应过程,“水汽通道”作用产生了重要的生态效应．     

天空长波辐射角分布模式

一、引言 天空向下长波辐射随天顶角的分布在地表能量平衡和红外遥感的研究中有着重要的意义。大气长波角发射率ε(θ)常被用来描述天空辐射的角分布规律,其定义为     

甚高分辨率卫星云图接收设备

气象卫星和卫星气象是近代气象科学中的一个重大发展.目前在气象卫星上已能装置电视摄像,可见,红外辐射计,微波辐射计等仪器设备,以获得全球的地面温度、大气温度垂直分布、云系和降水强度的气象资料,这对提高天气预报准确率和监视台风等危险天     

1.38μm波长冰晶粒子的单次和多次散射特性

研究了由六角形柱状和盘状冰晶组成的卷云在波长为１．３８,３．９７９,６．５和１１．０３μｍ的辐射特性与它的微物理特性的关系。卷云的单次散射用Ｍｉｅ散射理论和改进的射线光学理论计算,其辐射特性用累加－倍加法计算。结果表明,卷云在近红谱区的１．３μｍ,相似性参数及辐射特性与卷云的微物理特性之间的关系比当前气象业务卫星所使用的３个红外通道要好。因而,１．３８μｍ水汽吸收带在遥感卷云微物理特性及其光学特性     

宇宙红外背景辐射之谜

天文学家知道宇宙空间中弥漫着无线电波已经20多年了。这种电波来源于大约150亿年前宇宙发生大爆炸时产生的膨胀热气体。用普通的射电望远镜便能够探测到这种“微波背景辐射”,但因为地球周围的大气吸收红外线,要探测宇宙中的红外背景辐射就不那么容易了。美国加州大学伯克利分校的理查德(P.Richards)及其研究小组将红外探测器置于无人驾驶的探空气球内,上升到地球大气的最外层进行宇宙红外背景辐射工作已有多年。虽然他们造出了世界上最好的红外探测器,但即使在最高处飞行的气球,在它上面的稀薄空气仍足     

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     

青藏高原“亚洲水塔”效应和大气水分循环特征

青藏高原是东亚海陆气相互作用最敏感的地区之一.青藏高原大气水分循环结构特征不仅反映了西风气流与"大三角扇形"影响域季风水汽流的相互作用特征,而且凸现出该区域为全球能量、水汽的交换关键区,构成"亚洲水塔"形成的重要背景;隆升的高原地形和强大的表面辐射加热形成了局地上升对流和高耸入对流层中部中空"热源柱".研究揭示出此"热力驱动"下青藏高原高、低层互为反环流类似台风的自激反馈机制,其提供了"亚洲水塔"水汽"汇流"与抽吸动力效应."亚洲水塔"热源驱动机制有助于"世界屋脊"大气"热岛"、"湿岛"的形成和维持,使暖湿气流从低纬海洋向高原输送、汇聚.针对"世界屋脊"高原对流频繁、云降水异常特征,揭示出"世界屋脊"空气低密度条件对高原对流云的触发效应.分析表明,低纬热带海洋成为"亚洲水塔"大气水分循环的重要水汽源区,水汽源区可跨越赤道追踪到南半球.提出了青藏高原"热力驱动"下大气水分循环结构类似全球性大气"水塔"的观点,青藏高原特殊的跨半球大气水分循环构建出"亚洲水塔"和其周边地区独特的大气-水文功能体系.给出了西风与季风协同作用背景下青藏高原为核心区的陆地-海洋-大气相互作用的"亚洲水塔"大气水分循环物理图像.     

中国大气降水中δ18O的空间分布

许多研究已经证明大气降水中δ¹⁸O的变化主要和瑞利分馏过程中水汽凝结的热动力学有 关, 而导致温度降低水汽凝结的主要地理因素是海拔和纬度. BW模型认为大气降水中的δ¹⁸O作为纬度和海拔的函数可以通过模拟获得, 这为缺乏同位素观测地区的研究提供了必要的数据. 利用BW模型, 结合我国现有的55个站点降水和冰芯中δ¹⁸O的资料, 建立了我国降水中δ¹⁸O与纬度和海拔定量关系的模型: δ¹⁸Oppt= -0.0176LAT2 + 1.1195LAT-0.0016ALT-23.7553. 在此基础上, 利用地理信息系统分析软件ArcGIS, 综合了纬度、海拔以及水汽源地和水汽循环过程等影响因素产生了较高分辨率的中国降水中δ¹⁸O的空间分布图. 从一个新的研究方法揭示了我国大气降水中d 18O的空间分布特征, 为古气候与稳定同位素水文研究提供了重要资料.     

祁连山七一冰川积雪和大气降水中的氢氧稳定同位素变化

报道祁连山七一冰川夏季降水和冰川表层积雪中氢氧稳定同位素的观测资料, 并分析其与气象要素的关系. 在事件尺度上, 七一冰川夏季降水中δ¹⁸O的变化不存在温度效应, 但显示出明显的降水量效应. 水汽输送过程追踪与降水及降水中稳定同位素对比研究显示, 这种降水量效应既反映了水汽来源的差异, 与季风活动相关, 也与云中水汽冷却程度、水滴在降落过程中的蒸发及和周围水汽的交换相关. 由于冬季降水极少, 积雪剖面主要体现夏、春、秋三季的降水状况. 夏季降水的δ¹⁸O值低, 而春、秋季降水的δ¹⁸O高. 夏季降水的大气水线为δD= 7.6 δ¹⁸O + 13.3, 与祁连山南麓德令哈的大气水线相近. 积雪的大气水线为δD = 10.4 δ¹⁸O + 41.4, 显示出异常高的斜率和截距. 积雪剖面的过量氘(d)值与δ¹⁸O存在明显的正相关, 说明从春到夏, 随着降水同位素比率的降低, d值降低, 反之, 从初秋至早春, d值增加, 从而导致大气水线的高斜率和高截距. d的变化指示春秋季水汽可能来源于附近的内陆蒸发或干燥的西风气流在经过相对温暖的水体时的快速蒸发, 而夏季水汽则由季风带来. 同时, 这也表明季风的影响范围可达祁连山西段.     

中国东部季风区大气降水δ18O的特征及水汽来源

季风环流是水汽输送的重要载体, 它通过影响和制约大尺度水汽输送场的分布和水汽收支状况对季风区的降水产生影响. 对我国受季风影响最为显著的东部地区大气降水中稳定氢氧同位素的研究将有助于对季风降水机制的理解. 2005~2006年各月, 在中国大气降水同位素观测网络(CHNIP)位于该地区的17个观测站点进行了月大气降水样品的采集. 根据得到的274组稳定氢氧同位素组分所建立的局地大气降水线方程δD = 7.46δ18O + 0.90, 反应了该地区独特的局地气候特点. δ¹⁸O值由沿海向内陆地区逐渐贫化, 并且南部和东北地区δ¹⁸O值年内变化存在周期性. 不同地区影响降水同位素的气候因子不同, 由南向北, 温度效应逐渐增强, 降水量效应由全年存在变为只在主要降水期存在. 控制δ¹⁸O的地理因子存在差异: 南部和华北地区为高程, 东北地区是纬度. 此外, δ¹⁸O对季风的进退、雨带的移动以及台风/强热带风暴等强对流天气的运动路径有一定的示踪作用.