基于MODIS云产品的北京地区卷云特性统计分析

利用2007年1月到2008年12月北京地区MODIS云产品数据（MYD06）,对北京地区卷云的光学厚度、有效尺度、和卷云云顶高度的概率分布和季节变化进行了统计分析,并对卷云出现的概率分布进行了研究。结果表明,卷云的云顶高度主要分布在6~12 km处,典型高度在9 km左右,卷云云顶高度分布随季节变化而变化。卷云的有效尺度主要分布在20~80 um之间,40~50 um间概率最大。卷云有效尺度随季节变化不大,并在一定程度上依赖于卷云的云顶高度。北京上空出现的冰云基本上都是不透明冰云。卷云光学厚度主要分布在0~10间,光学厚度小于5出现的概率大。冬季北京地区卷云出现的概率较小,光学厚度较小。     

西北半干旱区激光雷达探测卷云几何特征和光学厚度

为了研究中国西北半干旱区卷云几何特征和光学特性的时空分布特征,我们利用兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL,35.95°N,104.14°E）的微脉冲激光雷达（MPL-4B）探测卷云过程,分析讨论了卷云的结构、光学性质及其时间变化特征,结果表明,卷云高度分布范围为7－10km,卷云经历了薄－厚－薄的过程,平均厚度为2.0±0.5km。卷云环境温度在－51～－39℃范围之内。卷云的光学厚度在0.084－1.649之间,光学厚度随几何厚度的增加而增大,平均光学厚度为0.651±0.403。多次散射效应对光学厚度大于0.3的卷云影响较大。卷云激光雷达比为17±17sr。薄卷云的激光雷达比要比厚卷云的大。光学厚度小于0.3的光学薄卷云出现高度在8.6km以上,环境温度低于－45℃,几何厚度小于1.5km,雷达比分布在5－69 sr。     

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。     

卷云高度对大气的红外光谱辐射影响的研究

利用通用大气辐射传输软件(CART)计算了不同高度卷云大气红外光谱辐射亮温,着重分析了卷云高度对不同红外波段红外亮温谱、卷云有效尺度以及光学厚度反演的影响。研究发现:对流层顶以下,大气窗口波段的亮温随着卷云高度的变化和大气温度廓线基本一致,790~960 cm-1波段亮温的斜率随卷云高度的增加而变大。亮温差BTD[900~1 231 cm-1]对薄卷云和小的有效尺度随卷云高度的变化较明显。对于厚卷云,亮温差BTD[900~1 559 cm-1]随卷云高度的变化基本上不依赖于卷云有效尺度和光学厚度。在卷云参数的光学定量遥感中需考虑卷云高度变化的影响。     

基于多角度偏振信息反演海洋上空卷云云顶高度

采用偏振辐射信息反演云顶高度时,为了减小由云层及地表偏振辐射特性变化带来的反演结果不确定度,使用490 nm和865 nm通道多角度偏振信息反演卷云云顶高度.理论分析大气顶偏振特征,给出490 nm与865 nm通道偏振特性差异,说明使用此两通道偏振反射率差反演云顶高度的可行性.假设卷云为一般种类混合模型(General Habit Mixture,GHM),使用倍加累加矢量辐射传输模型计算和分析大气顶490 nm和865 nm通道偏振反射率差对卷云有效粒子半径、光学厚度和云顶压强的敏感性.分析表明,当卷云光学厚度大于3时,偏振反射率差对有效粒子半径和光学厚度的变化不敏感,对云顶压强变化敏感.根据敏感性分析结果选择适当的参数构建偏振反射率差查找表,使用查找表方法反演POLDER3数据的卷云云顶高度,并与POLDER3产品和MODIS产品进行比较.结果表明,与POLDER3的官方算法相比,使用偏振反射率差查找表方法有更宽的散射角适用范围,反演结果与MODIS产品有更好的一致性.     

激光雷达探测合肥云层高度方法研究及分析

为了通过雷达回波信号廓线图准确确定云底、云峰、云顶高度,采用微分识别法着重分析了多峰时如何判别单层云和多层云,介绍了雷达结构系统,讨论了2008年5月期间合肥地区云层的高度、厚度、光学厚度的激光雷达探测结果,并进行了理论分析和实验验证。为验证方法的可行性,将雷达和芬兰Vaisala云高仪(探测距离0km～7km)对准同一片云,取得了实测数据,并进行了对比分析。结果表明,用微分法所得云高数据与Vaisala在7km以下较吻合,7km以上所测的卷云和SAGEⅡ所测的卷云高度基本一致,且实验所测合肥上空的高层卷云基本上都是薄卷云,云峰主要分布在9km～12km范围之内。这一结果对以后研究云层高度反演、并与卫星数据进行校验对比是有帮助的。     

基于江西地区多卫星数据的气溶胶立体分布研究

利用长时间序列（2007~2014年）的MODIS/Terra数据探讨了江西地区气溶胶光学厚度（aerosol optical depth, AOD）空间变化特征,发现该地区平均AOD呈现由南往北逐渐递增的趋势,其中,九江和南昌达到最高。同时,利用CALIPSO/CALIOP 垂直特征掩膜获得了气溶胶层与云层的混合和分离状态,计算了气溶胶、不同子类型气溶胶和云的垂直概率分布和最大似然高度（maximum probability height, MPH）。结果表明：气溶胶主要聚集在1~3.5 km,气溶胶层和云层混合状态出现的概率高于分离状态。在2～4 km之间,春季污染沙尘出现的概率最高,冬季次之,夏季与秋季相当,而烟尘气溶胶夏季出现的概率最高,春、冬季相当,秋季次之。基于夜间CALIOP数据计算得到的气溶胶和云的MPH均表现出较大的季节差异性。     

瑞利测风激光雷达夜间准零风层观测结果分析

一台用于观测对流层和平流层风场的车载瑞利测风激光雷达于安徽合肥建成,该雷达使用双边缘技术,设计探测高度10~40 km,距离分辨率分别为100 m(20 km高度以下)和500 m(20 km高度以上)。在2011年夏季该雷达于新疆乌鲁木齐地区(42.1N,87.1E)进行了风场观测实验并成功观测到了平流层准零风层大气结构,给出了几组夜间典型的风场数据,根据观测结果得出:准零风层底部高度稳定在17~18 km高度而不随时间变化,而准零风层厚度则随时间有一个先增大后减小的趋势,并在北京时间凌晨0点~3点期间达到最大值。在观测中出现的准零风层厚度最大值超过15 km,最小值则仅有约2~3 km。分析认为:准零风层厚度的变化与夜间平流层接收到的紫外线辐射强度变化有关,同一时刻不同纬度上的平流层接收的紫外线辐射强度变化程度不同,导致平流层温度梯度继而大气环流的速度发生变化,从而引起准零风层厚度变化。     

考虑多次散射的卷云几何特征和光学特性反演方法

研究了考虑多次散射的卷云几何特征和光学特性反演方法,对反演卷云高度和卷云激光雷达比的方法进行了改进。采用多次散射因子对卷云消光系数曲线进行修正,选取云底及云顶附近高度消光系数变化率的均值求解云层高度修正误差,对微分零交叉法求解得到的卷云高度进行修正,实现了较为精确的激光雷达云层高度反演。采用以边界值处消光系数和卷云光学厚度为约束条件的粒子群算法,求解卷云有效激光雷达比,选用半解析Monte Carlo方法,计算总散射信号与一次散射信号的比值,并结合Platt多次散射因子方程求得多次散射因子,实现了卷云激光雷达比的准确求解。使用Mie散射激光雷达真实回波信号进行了验证。结果表明,该改进方法具有较高的精度,更具应用价值。     

卷云消光后向散射比的激光雷达测量

高层卷云对天气和气候有着重要的影响,其消光后向散射比是它的一个重要光学特性.假设卷云上方和下方没有气溶胶,只有大气分子,由激光雷达信号就可反演出卷云的透过率和光学厚度,进而算出卷云的消光后向散射比.对美国汉普顿大学的532 nm通道激光雷达测量的卷云数据进行了分析,数据采集期间从2007年1月至10月,共选取了光学厚度在0.08～1.5之间的798组卷云数据.计算结果表明:卷云高度主要分布在7～13.5 km之间;卷云消光后向散射比平均值为21.4 sr,月季特征并不很明显,概率分布呈现出正态分布特征;光学厚度的概率分布函数说明大部分为薄卷云.     

Optical thickness of tropical cirrus clouds derived from the MODIS 0.66and 1.375-/spl mu/m channels

In this paper, we introduce a method to retrieve the optical thickness of tropical cirrus clouds using the isolated visible cirrus reflectance (without atmospheric and surface effects). The isolated cirrus reflectance is inferred from level 1b calibrated 0.66- and 1.375-/spl mu/m Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data. We created an optical properties database and optical thickness lookup library using previously calculated single-scattering data in conjunction with the discrete ordinates radiative transfer (DISORT) code. An algorithm was constructed based on this lookup library to infer the optical thickness of tropical cirrus clouds for each pixel in a MODIS image. We demonstrate the applicability of this algorithm using several independent MODIS images from the Terra satellite. The present method is complimentary to the MODIS operational cloud retrieval algorithm for the case of cirrus clouds.     

基于MODIS云参数的卷云反射率计算研究

卷云反射率是天气、气候和地球能量平衡研究中关注的重要参数。卷云反射率的快速算法在遥感反演卷云特性参数中具有重要应用。依据卷云反射率随卷云光学厚度、有效尺度、太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角等参数的变化,利用离散坐标法（Discrete Ordinate Radiative Transfer method,DISORT）计算卷云反射率,预先建立卷云反射率随相关参数变化的快速查找表,以此建立了卷云反射率的快速算法。将MODIS卫星探测的卷云光学厚度、太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角等因素作为输入参数,计算得到了卷云反射率,比较了计算的卷云反射率和MODIS实际测量的卷云反射率值,相关系数达到0.94,平均偏差小于18.5%,说明了卷云快速算法计算合理可行。     

利用FY-1C资料反演水云的光学厚度和粒子有效半径

利用FY-IC极轨气象卫星扫描辐射计的通道1(0．58—0．68μm)、通道3(3．55—3．95μm)和通道6(1．58—1．64μm)所提供的探测数据进行了水云光学厚度和粒子有效半径的反演试验．在非水汽吸收波段(如通道1)，云的反射函数主要是云光学厚度的函数，而在水汽吸收波段(如通道6)，云的反射函数主要是云粒子大小的函数．因此当云光学厚度较厚时，可利用通道1和通道6反射率，或通道1反射率和通道3亮度温度同时计算出云的光学厚度和有效粒子半径。     

基于随机森林算法的FY-4A云底高度估计方法

基于2017年8月至10月FY-4A的云顶高度、云光学性质等上游产品和A-Train系列卫星星载毫米波雷达和激光雷达主动探测的云底高度资料,利用随机森林算法建模,提出了FY-4A对最上层云云底高度的估计算法,并用2017年11月独立样本对算法进行了检验与评估.结果表明,该算法可以有效实现对最上层云云底高度的估计,与星载主动探测结果相比,平均绝对偏差为1. 29 km,相关系数为0. 80.对单层云的估计结果相对较好,而多层云存在时云底高度的估计结果一般偏小.