卫星资料在强暴雨云团云顶微物理特征分析中的应用研究

【摘要】：本文利用FY-1D、NOAA、EOS等新型遥感仪器所提供的极有价值的可靠资料,综合利用可见光、近红外和红外等多光谱遥感信息,开展云顶粒子相态和多层云识别等云顶粒子微物理参数反演分析方法研究。本文首先分析云顶粒子物理光学特性,其次利用辐射传输模式模拟计算不同相态、光学厚度、粒子尺度云的卫星可见光、近红外和红外波段的辐射,阐述利用多通道探测信息识别云相态、多层云的物理基础。研究表明,云的发射和反射辐射特性在0.65μm、1.64μm和11μm波段各不相同。简单地讲,对于具有一定光学厚度且粒子大小及分布相同的冰云和水云,0.65μm反射率主要是云光学厚度的函数,而与云相态的关系不大;相反,1.64μm反射率主要是云相态、粒子尺度的函数,冰云1.64μm 反射率小于水云,粒子尺度越大,1.64μm反射率越小。11μm是红外窗区,对云敏感,用于区分云和晴空区。1.38μm反射率对高云尤其是薄卷云敏感,可用于薄卷云的识别。近红外波段(如1.6μm)反射率和中红外波段(3.75μm)辐射值(反射率或亮度温度)主要是云相态和粒子尺度的函数,水云1.6μm(3.75μm)反射率大于冰云,小粒子云1.6μm(3.75μm)反射率大于大粒子云。综合利用可见光、近红外多探测通道数据可对密实云顶粒子进行相态识别。由于在8-10μm波段上冰与水的吸收系数均很小,而在10-12μm波段,水和冰的吸收系数差异增大,冰的吸收系数明显大于水,因而在相同光学厚度和高度条件下,冰的黑体温度低于水。从而在8-11μm和11-12μm亮度温度差两维散点图上,冰云具有较大的8-11μm亮度温度差,其斜率大于1;水云具有较大的11-12μm亮度温度差,其斜率小于1。故红外波段亮度温度及亮度温度差(8.55-11-0μm、3.75-11.0μm、11.0-12.0μm)同样可以反映云相态信息。综合运用多探测通道数据,采用双通道散点图分析方法,可对密实卷云、薄卷云覆盖在水云上、密实水云等几种云覆盖情况进行有效的识别。运用云相态、多层云识别方法,利用FY-1D、NOAA和EOS观测资料对2002年6月23日～27日发生在江淮流域的一次中尺度暴雨过程进行个例分析。利用云相态识别方法分析将卫星观测时段的小时雨量与卫星反演的云顶粒子相态对比分析后,发现此次降雨过程中,光学厚度厚且云顶粒子为冰相云是此次降雨云的主体。分析结果表明,所设计的识别方法具有科学合理性,从云相态、云垂直结构两个侧面加深了对中尺度暴雨云团和云系结构的理解。