卷云短波光学特性

卷云一般分布在对流层上部到平流层下部,它主要由分布在大气高层的各种形状的冰晶粒子组成.冰晶粒子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意义.利用Yang等计算的几种冰晶粒子的散射特性数据库,假定卷云粒子谱分布符合Γ分布,得到了卷云的平均单次散射特性,包括实心与中空六棱柱、六角平板、子弹花、聚合物以及星形枝状六种非球形冰晶粒子在短波0.2～5.0μm波段的消光效率因子、吸收效率因子、散射相函数等.展示了卷云短波散射性质随波长、卷云有效尺度和卷云中冰晶粒子形状的变化关系,并分析了其变化的可能原因.     

1.315 μm波长冰晶粒子辐射特性的模拟研究

利用逐线积分法(LBL)计算得到了大气分子红外吸收信息,结合不同形状冰晶粒子的单次散射特性,通过离散纵标法(DISORT),模拟计算了由实心六棱柱状冰晶粒子组成的卷云在波长为1.315μm时的散射特性和辐射特性,定性分析了激光在卷云中传输时的衰减和散射规律与入射光的位置、卷云光学厚度、冰晶粒子有效尺度等参数的关系。与晴天大气相比较,卷云的散射明显改变了光辐射的空间分布,被其他传感器探测到的可能性增大,其结果对于激光测距、激光探测等有关工程设计方面有非常重要的参考价值。     

基于MODIS参数的卷云光学厚度计算方法

卷云光学厚度是对全球气候、地球辐射收支影响较大的云光学参数之一.在军事、大气科学等领域对卷云光学参数的求解算法有广泛的应用需求.应用中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据求解卷云参数的算法,多采用卫星多通道数据,数据处理过程较为复杂.为解决这一问题,利用RT3模型结合MODIS云参数,模拟计算卷云反射率,建立卷云光学厚度查找表,设计简单算法,实现了卷云光学厚度的有效反演.对比卷云光学厚度反演结果和MODIS实际测得的数据,可得两者相关性达到0.97,验证了此算法下卷云光学厚度反演的可靠性.选取MODIS不同时间段的数据,分析了卷云光学厚度在不同时间、空间范围的变化情况,平均误差小于0.16,进一步验证了基于RT3模型的查找表反演卷云光学厚度的有效性.研究结果有助于实现全球范围内卷云光学特性的简单有效反演.     

遥感、遥测、遥控

1’尸7 990212631 .38“m波长冰晶粒子的单次和多次散射特性/张国栋,许丽生,丁继烈(成都气象学院)11科学通报.一1998,43(17).一1892一1894研究了由六角形柱状和盘状冰晶组成的卷云在波长为1 .38,3.979,6.5和12.03“:,、的辐射特性与它的微物理特性的关系.卷云的单次散射用Mle散射理论和改进的射线光学理论计算,其辐射特性用累加一悟加法计算.结果表明,卷云在近红谱区的1 .38“m,相似性参数及辐射特性与卷云的微物理特性之间的关系比当前气象业务卫星所使用的3个红夕随道要好.因而,1 .38林m水汽吸收带在遥感卷云微物理特性及其光学特性方面…     

冰晶粒子散射理论模型

由于卷云几乎覆盖了地球表面的20%,卷云中各种形状的冰晶粒子对光的吸收与散射对卫星通信、大气和地面温度等有重要影响.从米氏理论适合均匀球形粒子散射模型出发,把冰晶粒子简化为轴对称形状和球形状的粒子,以单个冰晶粒子为研究对象,引进边界条件和谐波成分,建立T矩阵模型,并和经典米氏理论的严格解比较,得出T矩阵理论用于解决高层卷云冰晶粒子散射问题与经典米氏理论解的一致性结论.     

卷云在红外波段的散射特性

文中用T矩阵(T—matrix)、Lorenz—Mie等效球和几何光学(GOM)相结合的方法计算了六角冰晶尺度在1—10000μm范围内、波长在红外2．5～13μm范围内的散射特性。依据局地实际测量的三十种卷云粒子尺度分布,得到有效尺度从15～160μm卷云粒子的平均散射特性,并把这些单次散射特性参数化成卷云有效直径的多项式函数。     

亚毫米波冰云成像仪通道选择

依据冰云参数的多极化多散射大气亚毫米波辐射传输模型,分析了100 GHz~1 000 GHz频段内大气卷云吸收的特性,通过通道频率和带宽的不同设置,确定亚毫米波冰云成像探测仪包含15个通道,频率覆盖范围为118 GHz~900 GHz,建立其与遥感器通道灵敏度、定标精确度、不同地理位置和海拔高度上对流层卷云中冰水总量、冰晶粒子尺寸、形状、方向性等反演参数的约束模型,为设计和研制用于测量冰云参数的星载亚毫米波成像仪提供理论分析和仿真验证。     

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。     

激光雷达和毫米波雷达的卷云微物理特性的联合反演方法

联合激光雷达和毫米波雷达对卷云观测可以得到更全面的卷云特性信息,是卷云观测的一种发展趋势。使用美国大气辐射观测(Atmospheric Radiation Measurement,ARM)计划中卷云观测数据,将激光雷达和毫米波雷达反演的云边界信息相结合,得到更为准确的卷云边界信息。提出卷云微物理特性的激光雷达和毫米波雷达联合反演算法,该联合反演算法能在激光雷达不能穿透或毫米波不能识别卷云的情况下,反演出整个卷云的冰水含量、光学厚度。使用联合反演算法对一次卷云过程进行反演,其中激光不能穿透的区域冰水路径含量反演精度提高24%,毫米波雷达无法识别的区域冰水路径含量反演精度提高48%。在正确反演冰水含量的基础上,利用冰水含量、粒径分布与光学厚度的关系得到卷云过程的光学厚度,克服了由于卷云对激光雷达强衰减导致的光学厚度观测的困难。     

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。     

卷云对新型光度计测量大气光学厚度的影响

基于自行研制的一种自动快速变视场太阳光度计(VFOVSP),实现了不同视场内太阳辐射的快速测量,为地基区分气溶胶粒子与云粒子提供了 一个新的技术手段。新型光度计采用基于CCD图像传感器的太阳跟踪技术,并采用程控可变视场光阑,实现了在较短的时间间隔内对 不同视场值的快速测量。通过在不同的天气条件下,对仪器不同视场测量数据分析初步表明:通过比较不同视场测量的大气光学厚度的 变化,可提供一种薄卷云与气溶胶的区分技术。该方法可以较快地识别出当前大气环境中是否有卷云存在,为研究卷云特性提供了基础。     

云和气溶胶空间观测“探路者”仪器PICASSO—CENA的飞行任务（下）

5.1对气溶胶的测量 PICASSO-CENA卫星的最大优点就是它能在明亮和复杂的陆地上空以及其他一些条件下(例如在云的上面或者在薄卷云的下面)精确地测量气溶胶,这对于被动式传感器来说是困难的甚至是不可能的.     

卷云的地面遥测原理与初步方案

本文对高空卷云的散射特性、退偏特性以及云底高度进行了分析和总结,在此基础上提出了从地面测量卷云的初步方案。     

粒子取向以及空气含量对卷云雷达反射率因子的影响分析

为研究卷云的非球形粒子对毫米波雷达的散射特性,利用矩量法计算了卷云六种非球形冰晶粒子最大尺寸与散射截面之间的双指数函数关系.利用三种假设模型:Ⅰ.B-H混合模型、Ⅱ.等效椭球模型、Ⅲ.等效球模型分别验证NASA在2007年7月31日一次卫星与飞机同步测云试验数据,对比后发现模型Ⅰ(B-H模型)模拟4个位置处实测的结果最好,模型Ⅱ的结果其次,模型Ⅲ的结果最差,但是B-H模型模拟1号,2号,3号位置处的雷达反射率因子与实测值相比偏低,分析原因认为粒子谱探测仪器忽略了滴晶粒子贡献.加入滴晶粒子后统一拟合1号,2号,3号以及4号的普适性粒子谱,拟合其满足B-H模型时冰水含量与雷达反射率因子之间的关系式,将CVI仪器实测的冰水含量值代入上面的关系式得到反演的雷达反射率因子,对比CRS毫米波雷达实测的雷达反射率因子可知:当云中冰水含量小于0.1342 g/m3,冰晶中的空气含量对雷达反射率因子的影响要远大于粒子的取向问题;当云中冰水含量介于0.134 2~0.199 4 g/m3,冰晶中的空气含量可以忽略不计而仅考虑粒子的取向问题;当云中冰水含量大于0.199 4 g/m3,B-H模型将不再适用.因此为了利用毫米波雷达反射率因子精确地反演云中冰晶粒子,应以冰水含量为前提考虑B-H模型中冰晶粒子的取向以及空气含量.     

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.     

激光云粒子成像探测仪研制

为了研究云粒子微观特性, 采用激光成像技术、高斯光束匀化处理技术、高分辨率阵列探测器以及图像抽帧还原算法, 研制出激光云粒子成像仪。通过地面模拟测量及实际飞行试验, 对仪器性能进行了测试。结果表明, 研制仪器可实现对25 μm~1550 μm云粒子的成像, 分辨率为25 μm, 粒径测量误差小于9.5%;实测的冰晶粒子形态符合云粒子自然分布规律, 粒子尺度谱符合指数分布, 决定系数在0.58~0.97之间。该研制仪器可为云降水微物理研究提供基础观测数据。     

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.     

一种基于云模型的辐射源识别方法

该文针对测量参数的不确定所造成的辐射源不能正确识别问题,提出了一种基于云模型的识别方法。该方法首先利用云模型对雷达模板库中区间类型的参数变量进行正态云建模从而得到测量参数的隶属度,然后利用云模型的定性定量转换特性来描述离散型参数变量的调制匹配程度,同时给出了一种确定辐射源识别权值的新方法,能够动态调整各特征参数的权值。仿真结果表明,这种基于云模型的识别方法是适用有效的。     

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...     

高层薄卷云消光后向散射比的求解方法

卷云的消光后向散射比是研究卷云光学特性的一个重要参量,我们的工作就是利用米散射激光雷达探测的大气和卷云的后向散射信号来获得间断出现的高层薄卷云的消光后向散射比.在无大的天气系统过境的情况下,通过对定点观测到的雷达上空有卷云和无卷云的大气回波信号的对比求解,得出间歇性卷云的消光后向散射比,并与其他方法进行了对比分析,指明了该方法的可靠性和局限性.