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风云三号卫星微波和光谱信号的匹配及其反演应用

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科学通报 2016年第26期61卷 2939-2951页

作者：陈逸伦张奡祺傅云飞张鹏卢乃锰何清中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026 安徽省气象科学研究所安徽省大气科学与卫星遥感重点实验室合肥230031 国家卫星气象中心北京100081 中国气象局沙漠气象研究所乌鲁木齐830002

风云三号(FY-3)气象卫星作为我国第二代极轨气象卫星,已在轨运行了7年有余,它上面搭载了微波成像仪(MWRI)和可见光红外扫描辐射计(VIRR)等多台仪器,可有效地对全球大气、海洋和陆面进行遥感观测.MWRI的多通道对云和降水等具有很好的探... 详细信息

风云三号(FY-3)气象卫星作为我国第二代极轨气象卫星,已在轨运行了7年有余,它上面搭载了微波成像仪(MWRI)和可见光红外扫描辐射计(VIRR)等多台仪器,可有效地对全球大气、海洋和陆面进行遥感观测.MWRI的多通道对云和降水等具有很好的探测能力,其空间分辨率随通道的频率而变化,低频通道空间分辨率低;VIRR各通道则具有很高的空间分辨率,可获取目标物的表面信息.本文依据多信息匹配及融合概念及原理,在VIRR像元上获得MWRI各通道亮温,其目的是在VIRR像元上获得光谱信号相应的微波信号,同时也获得了MWRI的高计算分辨率.为实现上述两种资料的信息匹配,分别采用了距离反比权重法(inverse distance weighted,IDW)和就近取值法(nearest neighbor interpolation,NNI),首先通过两种方法的自检验分析比较其结果的优劣,然后确定误差较小的IDW方法作为两仪器探测信号的匹配方法;计算结果表明,该方法在获得高MWRI计算分辨率的同时,产生的低频通道误差小于1 K、高频通道误差小于3 K,未对原始信号产生不可接受的歪曲.作为该匹配数据的应用,本文利用匹配数据中的微波低频通道对云具有一定穿透性的特点,反演了青藏高原地表温度,通过比较该温度与热红外通道亮温识别晴空区和云区,然后利用该数据中的光谱信号识别雪和云相态.由于综合了FY-3微波与光谱信息,从而提高了云和雪的识别能力.

关键词：风云三号微波光谱匹配融合云和雪识别

西北太平洋热带气旋强度变化对雨带分布特征的影响

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热带气象学报 2023年第5期39卷 764-773页

作者：李柯薇张奡祺黎伟标中山大学大气科学学院广东珠海519080 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519080

已有研究表明热带气旋强度变化与雨带分布间存在紧密联系,然而其在西北太平洋区域的量化特征尚待揭示。利用2000—2018年6—9月的中国气象局(CMA)热带气旋最佳路径数据集和全球测雨计划(GPM)格点级降水数据(IMERG)降水数据,建立了西北... 详细信息

已有研究表明热带气旋强度变化与雨带分布间存在紧密联系,然而其在西北太平洋区域的量化特征尚待揭示。利用2000—2018年6—9月的中国气象局(CMA)热带气旋最佳路径数据集和全球测雨计划(GPM)格点级降水数据(IMERG)降水数据,建立了西北太平洋区域热带气旋移动坐标系,并根据气旋中心气压变化将热带气旋分为初生、缓慢增强、快速增强、稳定和消散共五类,在此基础上研究了各类气旋的降水分布及变化特征。结果表明,初生型气旋的降水率在距离气旋中心10 km和40 km处分别存在两个峰值;快速增强型气旋也存在两个峰值,分别出现在10 km和30 km处;缓慢增强和减弱型气旋的降水率随径向距离的变化均呈现出单峰分布,峰值分别出现在40 km和60 km处。气旋内雨带降水变化与气旋强度变化间存在显著的正相关关系;而外雨带降水变化与气旋强度变化间则存在负相关关系。气旋各个方位降水变化对强度变化的响应不同,减弱型热带气旋的降水率减小主要发生在气旋西侧,应与热带气旋登陆过程有关。研究结果可为西北太平洋热带气旋强度及降水模拟提供事实依据。

关键词：热带气旋强度变化雨带分布降水变化

地表风对喜马拉雅南坡降水系统的影响研究:GPM观测

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地表风对喜马拉雅南坡降水系统的影响研究:GPM观测

第35届中国气象学会年会

作者：张奡祺傅云飞中国科学技术大学

青藏高原及喜马拉雅山脉对南亚季风有着非常重要的影响。在夏季高原的热力作用驱动了南亚季风进入北半球,而南亚季风的继续北移却被高原和喜马拉雅山脉隔断。在南亚季风期,高原和季风的相互作用对周边地区的天气和气候产生了极为重要的...

青藏高原及喜马拉雅山脉对南亚季风有着非常重要的影响。在夏季高原的热力作用驱动了南亚季风进入北半球,而南亚季风的继续北移却被高原和喜马拉雅山脉隔断。在南亚季风期,高原和季风的相互作用对周边地区的天气和气候产生了极为重要的影响。受此影响下,大量降水形成于喜马拉雅南坡,使喜马拉雅南坡成为研究季风与地形相互作用的关键区域。由于喜马拉雅南坡人迹稀少,地基观测罕见,星载测雨雷达是观测这一区域降水的唯一有效手段

关键词：

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热带及副热带微波信号与降水关系研究

热带及副热带微波信号与降水关系研究

第32届中国气象学会年会

作者：张奡祺傅云飞中国科学技术大学

由于降水云结构复杂和地表辐射背景复杂,从卫星上测得降水云辐射的微波信号也复杂多变,故星载被动微波仪器遥感反演降水仍是目前的难题之一;利用简化后的辐射传输模式来模拟微波信号对降水云结构的响应,也很难与实际情况相符合。如何表... 详细信息

由于降水云结构复杂和地表辐射背景复杂,从卫星上测得降水云辐射的微波信号也复杂多变,故星载被动微波仪器遥感反演降水仍是目前的难题之一;利用简化后的辐射传输模式来模拟微波信号对降水云结构的响应,也很难与实际情况相符合。如何表征特定地表上真实降水结构相应的微波信号特征,就显得非常重要。而热带测雨卫星（TRMM）搭载的测雨雷达（PR）与微波辐射仪（TMI）的准时空同步探测,为我们揭示微波亮温与降水间的关系提供了独特的数据。以往研究TMI微波亮温与PR探测地表降水之间关系时,大多将高空间分辨率的PR像元（约直径4.5km的圆）向粗空间分辨率的TMI像元（约5km至50km的椭圆）匹配,实现PR与TMI两者的融合,这就容易导致TMI低频通道像元存在降水非充满的情况（即TMI低频像元的充塞效应）,从而导致获取的TMI微波亮温与PR探测地表降水之间关系不准。为克服此,本文利用课题组发展的动态最小二乘曲面拟合方法,在PR像元点上实现TMI各通道数据与PR降水廓线和回波廓线、地形数据的融合;在此基础上分析了不同下垫面（平原、高原、洋面等）的TMI各通道信号及其组合通道信号（极化差、校正极化差等）与地表降水强度、与不同降水结构相应的地表降水强度、与不同降水类型相应的地表降水强度等之间的关系,并利用这些关系进行了辐射传输模拟和降水反演尝试。

关键词： PR TMI 热带降水

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DPR双波段探测的北半球夏季降水差异分析

DPR双波段探测的北半球夏季降水差异分析

基于GPM DPR探测的中国东部降雪个例分析

第33届中国气象学会年会

作者：张奡祺傅云飞中国科学技术大学

全球测雨卫星(GPM)携带首部双频测雨雷达(DPR)于2014年2月发射升空.DPR包含了Ku波段的KuP R和Ka波段的KaP R,工作频率分别为35.5和13.6GHz.由于工作频率不同,KuP R和KaP R的探测回波存在差异,而扫描方式及反演算法的不同也会导致DPR各... 详细信息

全球测雨卫星(GPM)携带首部双频测雨雷达(DPR)于2014年2月发射升空.DPR包含了Ku波段的KuP R和Ka波段的KaP R,工作频率分别为35.5和13.6GHz.由于工作频率不同,KuP R和KaP R的探测回波存在差异,而扫描方式及反演算法的不同也会导致DPR各降水产品间的差异。为了更好地理解和使用DPR的探测结果,对DPR双波段探测差异及各降水产品异同的量化研究十分重要。而另一方面,DPR是首部覆盖了南北纬40°以上的星载测雨雷达,但目前关于DPR的研究中对于全球特别是高纬度地区的三维降水结构特征的研究仍然不足。基于DPR的三种扫描方式,GPM DPR共包括三种不同的单频降水产品,分别为Ku、KaM S和KaH S。同时,基于Ku和Ka波段的匹配扫描,GPM还提供了双频降水反演产品DPR(DPRS)。为了保证研究样本的一致性,文章仅使用了KaM S扫描刈幅内的扫描点。另外,由于高纬度地区的降水随季节变化性较大,论文仅选取了2014-2015年的北半球夏季(6、7、8月)作为研究时间段,共探测到DPR降水样本量约2900万个。我们对北半球夏季南北纬65°间4种产品的降水特征进行了统计研究,并就DPR双波段探测结果和各降水产品的差异进行了比较分析。结果表明:KaH S有着最高的雨顶高度,最小的地表降水率,它的液态水含量及地表降水率与DPR间的偏差最小。KaH S能够很好地探测雨顶的弱信号,但不适用于观测6 mm/h以上的强降水。其在高纬度洋面上尤为适用。Ku的地表降水强度最强,它的雨顶高度、固态水含量与DPR间的偏差最小。Ku可以很好的观测强降水的内部细致结构,但由于其频率限制不适合观测0.5 mm/h以下的降水。KaM S的回波阈值过高,其对降水的探测能力很差,不适合单独使用。各单频反演产品的雨顶高度、地表降水强度、液态水含量及冰水含量与DPR间的相关性均超过了0.8。DPR结合了Ka波段和Ku波段的优点,但无法完全代替Ku或KaH S。

关键词： DPR Ka波段 Ku波段降水双频反演算法

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基于GPM DPR探测的中国东部降雪个例分析

崇左和防城港两地的台风韦帕(201907)降雨雨滴谱对比分析

第34届中国气象学会年会

作者：张奡祺傅云飞中国科学技术大学

降雪作为降水的一种重要形态,对大气水循环和能量交换具有重要意义。然而,受研究资料的限制,以往针对降雪的研究,以成因分析以及长时间尺度的遥相关为主,缺乏对降雪三维结构的观测研究。近年来,基于热带测雨卫星（Tropical Rainfall Mea... 详细信息

降雪作为降水的一种重要形态,对大气水循环和能量交换具有重要意义。然而,受研究资料的限制,以往针对降雪的研究,以成因分析以及长时间尺度的遥相关为主,缺乏对降雪三维结构的观测研究。近年来,基于热带测雨卫星（Tropical Rainfall Measurement Mission,简称TRMM）降水雷达（precipitation radar,简称PR）等星载雷达的降水研究获得了诸多进展。然而,TRMM PR只能探测到南北纬38°之间,对降雪的探测能力有限。随着全球测雨卫星（Global Precipitation Mission,简称GPM）的升空,其上搭载的双频测雨雷达DPR（dual-frequency radar,简称DPR）可覆盖至南北纬65°,为研究降雪三维结构特征提供了绝佳机遇。本文利用GPM DPR双频降水产品,结合再分析资料、地面测站数据及探空资料,对2017年2月19日-2月21日GPM DPR探测到的华北及其周边地区的三次降雪事件的降雪成因、降雪结构、降雪粒子谱特征进行了详细分析。主要结论为:本次降雪所属的冷锋过程是一次典型的槽脊东移型冷锋过境过程,其冷空气路程偏西、路程较长,且强度相对较弱。三次降水事件的上空均存在明显的风切变,但大气层结不稳定能量为0。19-21日降水总量及降水范围依次增大,冷空气路径由偏西路径逐渐变为偏北路径。19日发生的降水过程中包含着大量的液态降水,而20日和21日的过程则以降雪为主。相对于液态降水,固态降水的回波廓线中无明显的冻结层,其粒子半径小且粒子浓度分布更为集中。本次降雪个例的分析为降雪观测研究及模式模拟降雪过程提供了事实依据。

关键词： GPM DPR 降雪

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大气科学 2023年第3期47卷 655-666页

作者：毛家燊陈逸伦张奡祺陈淑敏方容黎伟标李明学中山大学大气科学学院珠海519082 广西崇左市气象局崇左532200 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519080 广西防城区气象局防城港538000

利用崇左国家气象观测站、防城国家基准气候站的雨滴谱观测数据,结合观测站雨量数据及雷达观测资料,分析2019年8月2~3日台风“韦帕”影响期间内陆背风侧(LSI)、近海岸迎风侧(WSC)不同降水阶段的雨滴谱结构特征及其差异。结果显示,台风... 详细信息

利用崇左国家气象观测站、防城国家基准气候站的雨滴谱观测数据,结合观测站雨量数据及雷达观测资料,分析2019年8月2~3日台风“韦帕”影响期间内陆背风侧(LSI)、近海岸迎风侧(WSC)不同降水阶段的雨滴谱结构特征及其差异。结果显示,台风“韦帕”降雨以中、小雨滴贡献为主,尤其中雨滴贡献率稳定在70%以上。LSI处以层状云降水为主,雨强相对平缓,WSC处表现为积层混合云降水,雨强较大且波动剧烈。因强烈的对流上升运动导致WSC的雨滴数浓度、雨滴直径明显大于LSI。LSI处在台风登陆后雨势增强的最主要因素是雨滴直径增大,WSC处由台风眼墙转变为强对流螺旋雨带影响后其雨势增强则主要是由于雨滴数浓度增加。台风“韦帕”对流降水的质量加权平均直径均值为1.85 mm,对数标准化数浓度均值为3.95 mm^(-1)m^(-3);LSI处对流降水位于海洋性对流区域内,而WSC处则介于海洋性和大陆性对流之间。

关键词：台风暴雨螺旋雨带台风眼壁近海岸山脉雨滴谱

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南海台风边界层湍流小波分析

热带气象学报 2022年第4期38卷 554-568页

作者：涂朝勇赵中阔黎伟标陈淑敏陈逸伦张奡祺中国气象局广州热带海洋气象研究所广东广州510641 中山大学大气科学学院广东珠海519082

利用小波变换(WT)对香港天文台飞机观测台风“妮妲”(1604)资料进行分析,研究在不稳定、不均匀的台风边界层中湍流涡旋的垂直传输作用。在0.1~5 Hz惯性子区内横风和顺风分量功率谱密度能较好符合-5/3幂律。小波分析显示:横风的小波功率... 详细信息

利用小波变换(WT)对香港天文台飞机观测台风“妮妲”(1604)资料进行分析,研究在不稳定、不均匀的台风边界层中湍流涡旋的垂直传输作用。在0.1~5 Hz惯性子区内横风和顺风分量功率谱密度能较好符合-5/3幂律。小波分析显示:横风的小波功率谱峰值集中在1 km之下,顺风分量的小波功率谱峰值集中在1~6km之间;眼区动量通量的主要贡献尺度为2.3 km,眼区外主要贡献尺度在1~2 km,中低层为较小尺度(<1.0km);湍流功能(TKE)的生成尺度主要集中在4 km之下。这项研究定量描述了南海北部台风边界层各个区域湍流结构的差异特征,讨论了对台风边界层通量参数化的可能影响。

关键词：南海台风边界层湍流小波分析

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国家级一流本科专业建设点的布局及特征分析

黑龙江高教研究 2025年第2期 8-16页

作者：陈祥祺厦门大学

国家级一流本科专业的建设工作体现一流本科、一流专业和一流人才的建设旨向，其布局更深谙着我国一流本科教育的长远规划，故尝试对收集到的11 502个国家级一流本科专业建设点进行基本情况的统计分析和空间布局的聚类分析，借此明晰国... 详细信息

国家级一流本科专业的建设工作体现一流本科、一流专业和一流人才的建设旨向，其布局更深谙着我国一流本科教育的长远规划，故尝试对收集到的11 502个国家级一流本科专业建设点进行基本情况的统计分析和空间布局的聚类分析，借此明晰国家级一流本科专业建设点在全国范围内的地域分布及配置情况。结果显示：国家级一流本科专业建设点的布局存续着“三不均”和“三具有”之特征，即国家级一流本科专业建设点的地域分布不均、校际分布不均和学科分布不均，具有重点的区域集聚、具有鲜明的战略导向和具有动态的调整机制。有鉴于此，有针对性地提出具体的实践策略，以期为国家级一流本科专业建设点全面落实“双万计划”的目标要求提供指引。

关键词：一流本科教育国家级一流本科专业建设点布局特征