Himawari-8云光学/微物理产品反演与应用研究

论文摘要

云光学厚度（τc）和粒子有效半径（Re）作为两个关键的云光学/微物理参数,对维持地球辐射平衡,研究强降水机制,改进全球气候模式具有重要意义。目前探测微物理的手段主要有雨滴谱、飞机观测、雷达和卫星。卫星凭借其观测范围广,全程连续且资料统一的优势,成为越来越重要的工具。老一代静止卫星时间分辨率高,但是空间分辨率有限,近几年发射的新一代静止卫星,观测的时空分辨率大幅提高。本文基于新一代静止卫星Himawari-8搭载的AHI多光谱通道资料,发展了一套同时反演云光学厚度和云顶粒子有效半径的方法,得到空间分辨率为2千米,时间分辨率为30分钟的产品。为了验证反演结果的准确性,本文结合MODIS云产品和飞机观测数据对反演产品进行评估,并分析了偏差的可能来源。最后运用反演产品,针对一次天气保障个例进行了微物理分析。选用MODIS二级C6云产品和飞机观测数据,对反演的云光学厚度和粒子有效半径进行评估,结果具有较好的一致。与MODIS对比评估显示,海洋的τc反演结果优于陆地,水云的Re反演结果优于冰云。与飞机观测对比评估显示,Re的相关系数达到0.90。与MODIS对比评估时,通过对偏差来源进行分析,发现Re反演偏差与云光学厚度大小有关。对于薄云（特别是卷云）的反演偏差较大,去掉薄卷云后反演精度得到提高。主要是因为薄云的云下辐射更容易穿透云,对卫星观测的辐射造成干扰。而且对于薄云,粒子有效半径的反演不再独立于光学厚度的反演,反演时解有时存在不唯一性。τ c反演偏差受到MODIS和AHI天顶角（除了冰云）的影响。当卫星天顶角大于40°时,τc偏差绝对值超过20的像素点增多。这主要源于云在三维结构尤其是垂直结构中不均匀性,AHI和MODIS观测视角的不同会造成不同的反演结果。另外,通道波长,反演算法和时空匹配方法也是产生反演偏差的可能因素。最后,将反演产品应用于2017年8月27日天津全运会开幕式天气保障个例分析。通过每隔半小时的云粒子有效半径和云光学厚度时间演变图,可以清晰看到云自西向东略偏北方向移动的过程。这些云的光学厚度较厚,云顶粒子有效半径较大。对于催化的两个区域进行T-Re图分析,发现催化后相比于催化前（1）区域一最低云顶高度有所增加,最高云顶高度有所减少;区域二最低云顶高度的变化不明显,最高云顶高度有所增加。（2）两个区域催化后有效半径小于30μm的小粒子像素点数都得到了增加。特别是区域二,催化后大多数像素点的粒子有效半径集中在10um附近。（3）随着催化的进行,两个区域的曲线斜率都呈现出变小的趋势,逐渐向Re方向倾斜。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景与研究意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 卫星反演算法进展
•     1.2.2 卫星研究云微物理进展
•   1.3 研究思路与内容结构
• 第二章 数据
•   2.1 反演算法输入数据
•     2.1.1 AHI原始数据
•     2.1.2 辅助数据
•     2.1.3 导出数据
•   2.2 评估数据
•     2.2.1 MODIS云产品数据
•     2.2.2 飞机观测数据
• 第三章 反演算法建立
•   3.1 算法概述
•   3.2 参数计算与大气订正
•     3.2.1 参数计算
•     3.2.2 大气订正
•   3.3 反演结果
•   3.4 小结
• 第四章 反演结果评估
•   4.1 与MODIS产品比较
•     4.1.1 海陆评估结果
•     4.1.2 反演偏差分析
•   4.2 与飞机观测比较
•     4.2.1 飞机资料处理
•     4.2.2 时空匹配方法
•     4.2.3 评估结果
•   4.3 小结
• 第五章 应用举例
•   5.1 个例天气形势分析
•   5.2 个例作业效果分析
•   5.3 小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结与讨论
•   6.2 创新点与未来展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王朋

导师: 陈宝君,诸葛小勇

关键词: 云光学厚度,粒子有效半径,反演,天气保障

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 南京大学

分类号: P412.2

总页数: 86

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