C/H_2O复合微粒子的光学截面及发射率光谱计算

使用A.L.Aden和M.Kerker理论计算了C/H_2O复合微粒子在1.0～10.0μm红外波段的吸收、散射、消光截面及发射率光谱,给出了吸收、消光截面与碳粒子半径和水层厚度关系曲线,研究了发射率与碳粒子半径和水层厚度的关系。     

1.064μm波长卷云反射率的模拟研究

为了给激光测距、激光对大气的探测等实际工程应用提供理论依据,采用逐线积分方法计算大气分子吸收,结合离散纵标法,并耦合卷云的单次散射特性,对由实心六棱柱状冰晶粒子组成的卷云在波长为1.064μm时的散射特性和辐射特性进行了理论分析,得到了该波长上激光在卷云中传输时的反射率随入射光源的位置、观测器的位置以及卷云参量(云光学厚度、粒子尺度等)的关系。结果表明,卷云在1.064μm附近对激光的主要影响是散射,吸收在消光中占了很小的部分;其次,卷云的散射明显改变了光辐射的空间分布,散射的方向变化主要由卷云的散射相函数以及光线入射角度和观测角度决定。这一结果对实际工程应用(比如激光测距、激光对大气的探测等)是有帮助的。     

风云二号静止气象卫星的云相态识别算法

风云二号静止气象卫星上装载有可见光、中波红外、水汽和红外波段探测通道,其中白天的中波红外通道反射率可以反映云顶粒子的尺度和相态信息.联合使用可见光、中波红外和热红外通道辐射,可构建白天云顶粒子相态识别算法.云相态识别结果与CloudSat卫星的云分类产品相比较,个例分析表明,两种数据对于以深对流和卷云为主的高层冰云识别...     

卫星资料在多层云系特征识别中的应用研究

利用FY-ID、NOAA仪器的多光谱探测通道数据．采用1．6μm反射率和11μm亮度温度双通道散点图及3．75μm与11μm亮度温度差分析方法,对密实卷云、卷云覆盖在水云上、密实水云等几种云覆盖情况进行判识检测试验,研究结果表明综合运用多探测通道数据,可简单有效地识别典型的多层云系。     

同带泵浦Ho~(3+)激光晶体1.2μm波段红外激光阈值功率（英文）

为探索同带泵浦掺杂Ho~(3+)激光晶体1.2μm波段红外激光输出,采用掺杂浓度为1 at%的Ho~(3+):LLF激光晶体作为激光增益介质,应用两种典型准三能级理论模型,计算了Ho~(3+)在5I6和5I8能级间跃迁辐射1.19μm激光的阈值功率,分析了泵浦光和激光束腰半径、激光晶体长度、吸收损耗、腔镜反射率等参量与阈值功率的变化关系,得出了吸收损耗是影响阈值功率最敏感因素的重要结论,确定了泵浦阈值功率的范围,为后续1.2μm波段红外激光实验研究提供了可靠的理论参考数据.     

鳞片石墨粒子红外消光性能数值计算

利用离散偶极子近似(DDA)方法计算了圆形鳞片石墨粒子对中远红外消光性能与波长、圆片直径和厚度等的关系,结果表明,片径3~4μm的圆形鳞片石墨粒子(厚度为直径的1/10)对中远红外的消光性能较好,散射作用大于吸收作用,圆片粒子的消光性能明显好于对应有效半径的球形粒子的消光性能,圆片厚度越薄,消光系数越大,并逐渐趋于最大值。     

晴空地表反照率正则化反演算法的POLDEH多角度数据验证

使用偏差原则和正则化方法反演晴空地表双向反射分布函数BRDF、方向-半球反射率DHR 和双半球反射率BHR.利用6S辐射传输模型计算出天空散射光,并以此为权重将DHR和BHR进行线性组合得到地物光谱反照率.最后,通过窄波段反照率向宽波段转换,计算了0.25～2.5μm的短波反照率.使用POLDER-3/PARASOL多...     

用于星载太赫兹波被动遥感卷云参数的通道辐射特性及反演影响因素研究

太赫兹波是理论上遥感卷云微物理参数的最佳波段,但星载太赫兹波被动遥感的结果易受到非卷云因素(地表反射率、大气廓线、中低层水云等)的影响.利用辐射传输模式分别模拟计算了地表反射率、大气廓线、中低层水云对大气层顶太赫兹辐射光谱的影响,并基于多重查找表法定量分析了这些因素的变化所造成的反演误差.结果表明:地表反射率对太赫兹辐射光谱的影响主要集中在300 GHz以下,对反演所选取的波段没有影响;实际大气廓线中水汽廓线和温度廓线的改变对反演结果产生影响,当温度廓线的变化在±2 K范围以内,或水汽廓线变化±20%时,对于粒子尺度大于50μm、冰水路径大于10 g/m2的卷云,反演误差均保持在±20%以内;低云(云底高小于2 km)对所选通道的辐射没有影响,中云所产生的误差随着光学厚度和云底高度的增加而增大.     

云背景下卫星目标的运动仿真

为了模拟卫星目标在云层背景下的运动效果,提出了基于云图像灰度的目标灰度衰减计算方法。利用FY-1C卫星获得的数据,建立了云光学厚度与云反射率的关系,进而确定了云图像灰度与云光学厚度的函数关系。根据Bouguer指数衰减定律,计算目标经云衰减后的灰度。利用该计算方法,模拟了同一目标在不同云层及不同亮度目标在相同云层下的运动效果。仿真结果显示,该方法可以取得较好的目标穿云效果。     

辐射传输方程中的单次散射参数计算

根据米氏(Mie)理论,计算了多分散球形气溶胶粒子的单次散射特性。粒子的尺寸分布为伽马分布,有效半径分别为5.56,7和11μm,分析了0.4～100μm光谱范围内气溶胶粒子的平均消光系数、平均散射系数、单次散射反照率、不对称因子以及相矩阵与粒子的尺寸参数以及折射率的关系。结果表明,在可见光波段,粒子的有效半径对粒子的散射特性影响较小,在更长的波段上其影响较大;单次散射反照率在可见光范围内近似为1,随波长的变化和水滴折射率虚部随波长的变化曲线正好相反,这说明影响其大小的主要因素为粒子的折射率,即虚部越大则反照率越小;且极化率对粒子的尺寸比相函数更敏感。     

libRadtran的云辐射传输模式及其与SBDART的比较

介绍了libRadtran辐射传输模式中对水云和冰云辐射特征（单次散射反照率、体消光系数和不对称因子）的参数化方案,利用该模式对水云和冰云在0.65 um、1.64 um和2.13 um的反射率进行了模拟计算,并将计算结果与SBDART的模拟结果进行了比较。结果表明,在相同条件下,水云的libRadtran的参数化计算结果要比SBDART米散射的计算结果要小,二者在可见光区域符合的较好,在近红外区域相差较大;不同形状冰晶的参数化模拟计算结果要比SBDART球形米散射的计算结果更为详细和准确,libRadtran在考虑冰晶形状时的辐射传输计算要比SBDART有优势。在云微物理参数反演需要预先计算的冰云辐射查找表可以用libRadtran代替目前广泛使用的SBDART辐射传输模式。     

Differences Between Collection 4 and 5 MODIS Ice Cloud Optical/Microphysical Products and Their Impact on Radiative Forcing Simulations

This paper reports on the comparison of two latest versions (collections 4 and 5) of ice cloud products derived from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) measurements. The differences between the bulk optical properties of ice clouds used in collections 4 and 5 and the relevant impact on simulating the correlation of the bidirectional reflection functions at two MODIS bands centered at 0.65 (or 0.86) and 2.13 mum are investigated. The level-3 MODIS ice cloud properties (specifically, ice cloud fraction, optical thickness, and effective particle size in this paper) from the collection 4 and 5 datasets are compared for a tropical belt of 30deg S-30deg N. Furthermore, the impact of the differences between the MODIS collection 4 and 5 ice cloud products on the simulation of the radiative forcing of these clouds is investigated. Over the tropics, the averaged ice cloud fraction from collection 5 is 1.1% more than the collection 4 counterpart, the averaged optical thickness from collection 5 is 1.2 larger than the collection 4 counterpart, and the averaged effective particle radius from collection 5 is 1.8 mum smaller than the collection 4 counterpart. Moreover, the magnitude of the differences between collection 5 and 4 ice cloud properties also depends on the surface characteristics, i.e., over land or over ocean. The differences of these two datasets (collections 4 and 5) of cloud properties can have a significant impact on the simulation of the radiative forcing of ice clouds. In terms of total (longwave plus shortwave) cloud radiative forcing, the differences between the collection 5 and 4 results are distributed primarily between -60 and 20 W ldr m^-2 but peak at 0 W ldr m^-2.     

利用MODIS数据对北极夏季卷云特性的研究

利用2011~2014年MODIS云产品数据对北极地区夏季卷云的出现概率、云顶温度、云顶高度、光学厚度、有效粒径大小进行统计分析,并讨论了北极地区夏季卷云有效粒径大小和卷云高度的关系。结果表明,北极地区上空夏季卷云出现概率最高,水云较少。卷云云顶温度主要分布在230~272 K(即-43~-5℃),其云顶高度主要在2~8 km,4.5~6 km出现概率最大。卷云的光学厚度主要在小于10范围内。卷云的有效粒径在5~40 m之间,10~20 m出现概率最大。卷云的有效粒径和高度的关系与中纬度地区相反,北极地区卷云高度越高,卷云有效粒径越大。北极地区卷云随着纬度增大,卷云出现概率增加,卷云云顶温度降低,卷云高度增加,卷云有效粒径增大,卷云光学厚度增大。     

水云多角度偏振辐射特性研究

由球形水滴组成并分布在大气底层的水云,对全球辐射平衡和气候变化有重要的影响,其影响程度取决于水云本身的微物理特性和光学特性.在对近红外通道0.865μm波长处水云光学特性研究的基础上,采用矢量辐射传输方程模拟分析了大气层顶归一化辐射强度和归一化偏振辐射强度对水云微物理特征、光学特征和地表反照率的敏感性.模拟结果表明,光谱的多角度偏振遥感信息能够更有效地体现出水云微物理特征和光学特征,可以利用多角度偏振遥感信息反演各种云参数.为利用多角度偏振遥感数据反演水云各种微物理量提供了理论基础.     

Aerosol-cloud interaction-Misclassification of MODIS clouds in heavy aerosol

The accuracy of the spaceborne Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) cloud mask was evaluated for possible contamination by areas of heavy aerosol that may be misclassified as clouds. Analysis for several aerosol types shows that the cloud mask and products can be safely used in the presence of aerosol up to optical thickness of 0.6. Here we define as cloudy all MODIS 1-km (at nadir) pixels that were used to derive the cloud effective radius and optical thickness of water and ice clouds. The findings make it possible to study aerosol-cloud interaction from the MODIS aerosol and cloud products.     

卫星资料在云顶粒子尺度特征分析中的应用

选取NOAA卫星AVHRR通道3(3.55～3.93μm)观测资料,分析云顶粒子的物理性质,并用地面雨量和雷达观测资料对卫星反演分析结果进行验证.分析结果显示通道3反射率小,云顶粒子尺度大时易产生降水.当云层为单一层次时,通道3的反射率小值区与雷达回波区间具有良好的对应关系,证实了在降水过程中卫星分析云顶粒子尺度结果与雷达观测一致.     

A new concept on remote sensing of cirrus optical depth and effective ice particle size using strong water vapor absorption channels near 1.38 and 1.88 /spl mu/m

Techniques for retrieving cloud optical properties, i.e., the optical depths and particle size distributions, using atmospheric "window" channels in the visible and near-infrared spectral regions are well established. For partially transparent thin cirrus clouds, these "window" channels receive solar radiances scattered by the surface and lower level water clouds. Accurate retrieval of optical properties of thin cirrus clouds requires proper modeling of the effects from the surface and the lower level water clouds. In this paper, we describe a new concept using two strong water vapor absorption channels near 1.38 and 1.88 /spl mu/m, together with one window channel, for remote sensing of cirrus optical properties. Both the 1.38- and 1.88-/spl mu/m channels are highly sensitive in detecting the upper level cirrus clouds. Both channels receive little scattered solar radiances from the surface and lower level water clouds because of the strong water vapor absorption below cirrus. The 1.88-/spl mu/m channel is quite sensitive to changes in ice particle size distributions, while the 1.38-/spl mu/m channel is less sensitive. These properties allow for simultaneous retrievals of optical depths and particle size distributions of cirrus clouds with minimal contaminations from the surface and lower level water clouds. Preliminary tests of this new concept are made using hyperspectral imaging data collected with the Airborne Visible Infrared Imaging Spectrometer. The addition of a channel near 1.88 /spl mu/m to future multichannel meteorological satellite sensors would improve our ability in global remote sensing of cirrus optical properties.     

基于MODIS资料的陕西水云特征研究

陕西位于西北内陆地区,是中国气候的敏感区,为准确认识其上空的水云特征,利用MODIS的MYD06二级云产品数据,对陕西水云的概率分布、云顶高度、粒子有效半径、光学厚度进行了统计分析。结果表明:(1) 水云概率分布显示出单峰结构,峰值出现在11月, 5月出现概率最低。水云在秋季出现概率最高,春季出现概率最低。 (2) 7月和9月水云云顶高度的概率分布会产生显著的变化,7月和8月的分布形态与其余各月有显著差别。水云云顶高度平均最大值出现在春季的4~5月,最小值出现在冬季的12~2月。(3)水云的粒子有效半径在10月~次年5月, 分布形态相似,6~9月分布形态与之明显不同。水云粒子尺度平均最大值出现在夏季的6~8月, 最小值出现在秋季的11月。(4) 光学厚度在0~5之间的水云在10月~次年5月,出现概率最高, 峰值出现在12~2月; 6~9月光学厚度在5~10之间的水云出现概率最高, 峰值出现在7~8月。水云光学厚度最大值出现在秋季的9~11月,最小值出现在夏季的7~8月。     

基于CloudSat的台风深对流云微物理参数相关性分析

以2009年14号台风“彩云”为例，基于CloudSat相关云产品统计了台风深对流云中水云和冰云的有效粒子半径、云水含量谱分布的特征。在此基础上探讨了两个云微物理参量的相关性，并对不同发展时期的多个台风进行了该关系的应用检验。研究结果表明，不论是水云还是冰云，若以云水含量为横坐标，以云有效粒子半径为纵坐标，台风深对流云像元散点图的分布存在明显的下边界线，且边界值随着有效粒子半径和云水含量参数值的增大而逐渐提高；零度层以下低层水云的有效粒子半径与液态水含量呈正相关关系，可采用对数关系式进行拟合。经检验，该拟合关系式对其他发展阶段的台风同样适用，证实了该关系的普适性。     

A band-differenced angular signature technique for cirrus clouddetection

A new approach to cloud detection is introduced that exploits the difference between two solar spectral reflectances as a function of view angle. The resulting band-differenced angular signature is sensitive to the contribution of Rayleigh scattering from above the tops of clouds and can be used to discriminate high clouds from lower level clouds and clear sky. The authors use model simulations to show that this technique could be applied to measurements from the Multiangle Imaging SpectroRadiometer, scheduled for launch on the first platform of the Earth Observing System. Results show the technique to work best over ocean and snow surfaces. Over such surfaces, the minimum detectable high cloud optical thickness (at 0.55 μm) would typically be 0.5 without the use of any a priori scene information, and lower if such information is available