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。     

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。     

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.     

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。     

云参数对AIRS亮温模拟计算的影响试验

由于云污染对大气红外遥感的严重干扰,大量红外资料遭到了舍弃。为 了充分同化红外资料,提高初始场精度和改善数值预报效果,利用通用辐射传输模式(Community Radiative Transfer Model, CRTM) 模拟了大气红外探测仪(Atmospheric Infrared Sounder, AIRS)的通道亮温,并分析了云类型、云层含水量、云厚度和云顶高度等云参数对AIRS亮温的 影响。结果表明：(1)由于云层对红外辐射的截断作用,只有高于云顶的大气才会对辐射亮温产 生影响;(2)随着云层积分含水量的增加,亮温逐渐减小,但其减速放缓,直至不变;有效半径较 大的粒子对辐射的散射作用较强,相应亮温较小;(3)若云顶高度固定不变,云厚度的变化 则不会对亮温产生影响;若云底高度固定不变,云层越厚,相应的亮温越小;(4)地面通道亮温 对云顶高度的变化比较敏感,云顶以上通道的亮温不受云顶高度变化的影响。     

水云从紫外到远红外波段的平均单次散射特性

水云出现在对流层的中下层,一般由球形液态水滴组成,是陆地大气太阳辐射通量的重要调节者之一。水云的散射特性在气候模式、辐射传输和遥感领域都具有非常重要的应用。利用Mie理论首先计算了不同大小的单个水云粒子的单次散射特性。再根据90种实际观测的水云粒子尺度谱分布,建立了一个水云在光学波段(紫外到远红外)的平均散射特性数据库。利用这个数据库,分析了8种常用的典型水云的单次散射特性分布,以及在可见到近红外、中波红外和长波红外三个波段的平均透过率特性。     

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。     

基于偏振数据反演北京地区气溶胶光学厚度及其时空特征的研究

利用POLDER偏振资料反演了北京市2005～2010年的气溶胶光学厚度,并利用AERONET北京站点提供的观测资料证明了结果的可靠性,通过对反演结果的统计和对比分析研究了气溶胶光学厚度的时间及空间变化特征.结果表明,在空间上,气溶胶光学厚度表现为东南部较高,西北部相对较低,呈现出由东南向西北降低的趋势.在时间上,研究时段内气溶胶光学厚度随着时间的推移呈降低趋势;不同月份的气溶胶光学厚度也有较明显的差异,在7月达到全年中的峰值,为0.65,11月达到最低值0.2;不同季节的气溶胶光学厚度表现为春夏季节大于秋冬季节,夏季最大,秋季最小.     

利用CE318太阳光度计资料反演合肥气溶胶光学特性

利用2012年9月~2014年8月年合肥市西北郊的CE318型太阳光度计观测资料,分析了合肥地区气溶胶光学厚度(AOD)和Angstrom波长指数()的时间变化特征。结果表明,合肥地区AOD全年较高,2012年9月~2013年8月和2013年9月~2014年8月两个时段的年平均值分别为0.600.15和0.730.23。春季受沙尘天气影响气溶胶波长指数最小,秋季受西北高空气团影响AOD最低。研究了AOD和大气水汽含量之间的关系,结果表明AOD和大气水汽含量呈正相关关系。利用Hysplit风场轨迹模型对各个季节的风场进行了研究,合肥春季主要受西北气流(约42%)影响,夏季风场主要受偏南风场(约50%)影响,秋季受北风风场(约39%)影响较大,冬季受西北高空气团影响较大。CE318和MODIS对比结果表明,两者具有较好的一致性,相关系数在0.7以上。     

利用MODIS和MISR资料对APEC会议期间气溶胶时空分布特征的分析

利用卫星遥感的MODIS和MISR数据,对比分析了2014年亚太经合组织（APEC）会议期间（11月3日~12日）及其前后一个月的气溶胶时空分布特征。分析发现APEC会议期间的气溶胶光学厚度（aerosol optical depth, AOD）相比APEC会议前期,在京津冀地区有明显减小,MODIS（MISR）数据显示在京津冀地区AOD减小了38.7%（36.4%）,在北京地区减小更多,减小了64.6%（39.9%）。Angstrom指数在京津冀地区的廊坊、保定、衡水等大部分城市,APEC会议期间的Angstrom指数相对前期较小,说明其在APEC会议期间气溶胶粒子的有效半径相对较大。APEC会议期间的细模态气溶胶光学厚度相比APEC会议前期也有所减小,且在北京地区细模态气溶胶光学厚度的下降幅度要大于粗模态气溶胶的下降幅度。     

三线阵云立体探测技术

根据三线阵立体测绘原理,给出了探测云顶高的三线阵卫星影像模拟方法.提出了改进的SIFT匹配算法,并利用该算法结合前方交会法,获得云顶高度信息.通过实验验证了三线阵卫星影像模拟的正确性,探索了一种获取夜间低照度条件下云顶高参数的新途径.最后,针对测高误差来源,详细分析了三线阵立体探测云顶高的测高误差,并针对云移动给出了一种误差纠正方法.     

Cloud Properties Derived From GOME/ERS-2 Backscatter Data for Trace Gas Retrieval

We focus on the retrieval of cloud properties appropriate for trace gas retrieval from sun-normalized ultraviolet/visible backscatter spectra obtained from the Global Ozone Monitoring Experiment (GOME) onboard the European Space Agency's European Remote Sensing 2 Satellite (ERS-2). Retrieved quantities are the fractional cloud coverage of the GOME footprint, the cloud-top albedo, and the cloud-top height. A data fusion technique is applied to calculate the fractional cloud cover of GOME footprints from GOME's polarization measurement devices. Furthermore, cloud-top albedo and cloud-top height are retrieved simultaneously from GOME measurements around the oxygen A-band by a neural network approach. We compare our results with corresponding results from the Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager (SEVIRI) radiometer onboard the first European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT) METEOSAT Second Generation 1 geostationary spacecraft. Our analysis revealed that GOME-derived basic cloud properties are of remarkably high quality. GOME slightly underestimates the cloud coverage of footprints, which was expected since GOME is mainly sensitive to optically thick water clouds. GOME measurements are limited to the ultraviolet and visible part of the solar spectrum, which hampers the detection of optically thin clouds. For both the cloud-top height and the cloud-top albedo, we found a small bias relative to SEVIRI results. The overall uncertainty of retrieved total ozone columns with respect to cloud parameters is about 1%-2%. Our approach is applied to the operational processing of GOME/ERS-2 and will be applied to GOME-2/METOP (launched in 2006) in the framework of EUMETSAT's Satellite Application Facility on Ozone and Atmospheric Chemistry Monitoring (O3M-SAF).     

Cloud Height,Cloud Temperature and Cloud Attenuation in Microwave and Millimeterwave Frequency Bands over Indian Tropical East Coast

Based on radar RHI (Range height indicator) measurements, cloud height has been deduced during the worst months (July–August) over Kolkata. Such cloud height results have been utilized to estimate cloud temperature. The attenuation of radiowave due to cloud in various probability levels has been determined in millimeter wave and microwave frequency bands. Such results on different probability levels are useful for satellite communication and remote sensing application over the aforesaid station in tropical India.     

The determination of cloud altitudes using GOME reflectance spectra: multilayered cloud systems

This paper is devoted to the application of the Semi-Analytical Cloud Retrieval Algorithm (SACURA) to the cloud-top height determination using data from the Global Ozone Measurement Experiment (GOME) instrument onboard Earth Remote Sensing satellite (ERS-2). In particular, measurements of the top-of-atmosphere reflectance in the oxygen absorption A-band are used. The technique is based on the asymptotic radiative transfer theory as applied to studies of the oxygen absorption bands in reflected light. Our approach is valid for optically thick clouds with cloud optical thickness larger than approximately 5. The accuracy of the algorithm is checked against independent retrieval techniques for completely cloudy pixels. In particular, the close coincidence with data obtained from the Along Track Scanning Radiometer (ATSR-2) onboard ERS-2 is found. Some results of retrievals using these different instruments disagree (up to 2 km). This is explained by the strong horizontal inhomogeneity of clouds under investigation, which is not accounted by the SACURA or, possibly, by well-known problems of infrared techniques as applied to low-level clouds. The effective cloud geometrical thickness l is also retrieved. This parameter is defined as the geometrical thickness of a vertically homogeneous cloud, which allows for the minimization of differences between observed and calculated top-of-atmosphere reflectance spectra. For inhomogeneous clouds, the value of l differs from a real cloud geometrical thickness, but it gives us an indication of the possible existence of the multilayered cloud system in the field of view of the optical instrument.     

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。     

中国地区云量和云光学厚度的分布与变化趋势

利用最新的1983~2009年国际卫星云气候计划（ISCCP） D2月平均资料集,得到了中国地区总云量、低云量、中云量、高云量与云光学厚度的分布与变化趋势,结果表明：中国总云量和中云量呈现南多北少的分布,青藏高原地区高云量较大而低云量很小;总云量和中云量在东部呈增加趋势,西部呈减小趋势,低云量和高云量在大部分地区呈减小趋势。从不同季节来看,春季和秋季北方总云量增加,西部总云量减小;夏季大部分地区总云量增加,冬季大部分地区总云量减少。云的光学厚度呈现南多北少的分布,且在大部分地区呈增加趋势。同时利用中分辨率成像光谱仪（MODIS）资料分析了2001~2013年间中国不同污染地区总云量与云光学厚度的分布及变化趋势的异同,结果表明：中国不同污染地区云量与云光学厚度呈现不同的分布和变化规律。