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激光雷达观测珠海市云底高度研究

光电子．激光 2013年第11期24卷 2192-2197页

作者：王箫鹏宋小全闫宝东陈超刘秉义吴松华中国海洋大学海洋遥感研究所山东青岛266003

2009年6月20日～7月20日, 利用中国海洋大学研制的车载多普勒激光雷达系统在珠海市国家气候观象台（N22° 4’,E113°12’）进行了大气观测实验,探测垂直高度范围为0.3～20.0km,共获得有效垂直探测数据56组。根据激光雷达回波信号特点... 详细信息

2009年6月20日～7月20日, 利用中国海洋大学研制的车载多普勒激光雷达系统在珠海市国家气候观象台（N22° 4’,E113°12’）进行了大气观测实验,探测垂直高度范围为0.3～20.0km,共获得有效垂直探测数据56组。根据激光雷达回波信号特点,以微分零交叉法为基础,通过在反演云底过程中设置3种阈值和相邻云层间大气的洁净程度决定是否融合为同一层等措施改进算法。最后,对不同时刻、代表不同光学特性的回波廓线进行了反演,反演的云底高度最小值和最大值分别为0.55km和13. 51km 。结果表明,本文算法能够实现较为准确的云底探测,报告精度为10m ,具有良好的应用前景。

关键词：激光雷达微分零交叉法云底高度

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云底高度的地基毫米波云雷达观测及其对比

应用气象学报 2015年第6期26卷 680-687页

作者：唐英杰马舒庆杨玲陶法李思腾谢成华唐凡洁成都信息工程大学电子工程学院成都610225 中国气象局气象探测中心北京100081

对2014年11月20日-12月31日中国气象局大气探测综合试验基地Ka波段毫米波云雷达、Vaisala CL51激光云高仪、L波段高空探测系统观测的云底高度进行对比分析。结果表明:在低能见度条件下,毫米波云雷达对云的探测能力明显优于激光云高仪,... 详细信息

对2014年11月20日-12月31日中国气象局大气探测综合试验基地Ka波段毫米波云雷达、Vaisala CL51激光云高仪、L波段高空探测系统观测的云底高度进行对比分析。结果表明:在低能见度条件下,毫米波云雷达对云的探测能力明显优于激光云高仪,随着能见度的增加,两设备云探测能力差距在减小;毫米波云雷达与激光云高仪同时观测到有云时,二者观测的云底高度相关系数为0.92;毫米波云雷达与探空观测云底、云顶高度的相关系数分别为0.93和0.78;云雷达观测的云底高度均略低于激光云高仪和探空,云雷达观测的云顶高度略高于探空。

关键词：毫米波云雷达激光云高仪 L波段高空探测系统云底高度

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用于反演云底高度的峰值面积积分算法

红外与激光工程 2012年第10期41卷 2848-2852页

作者：杨成武刘文清张玉钧中国科学院安徽光学精密机械研究所环境与光学技术重点实验室安徽合肥230031 电子工程学院安徽合肥230037

反演云底高度是激光云高仪最重要的应用之一,而找到一种能够有效反演不同类型云的云底高度算法是激光云高仪测云的关键。对于厚度比较大的云层测量可根据信号强度和脉冲宽度不同于噪声和气溶胶信号将其分选出来,而薄云的测量往往由于信... 详细信息

反演云底高度是激光云高仪最重要的应用之一,而找到一种能够有效反演不同类型云的云底高度算法是激光云高仪测云的关键。对于厚度比较大的云层测量可根据信号强度和脉冲宽度不同于噪声和气溶胶信号将其分选出来,而薄云的测量往往由于信号强度弱、脉冲宽度小而被忽略掉,为此提出了一种峰值面积积分算法反演云底高度。该算法通过对云回波信号进行面积积分,叠加放大信号中的云层信息,以峰值和面积积分值作为判断准则,通过选取合适的阈值,将云层与噪声、气溶胶区分开来,进而反演出云底高度。经实验验证表明,该算法能可靠地反演半导体激光云高仪探测范围内不同类型云的云底高度。

关键词：峰值面积积分算法半导体激光云高仪云底高度大气光学

北京地区夏季云出现概率及云底高度分布的特征分析

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北京大学学报（自然科学版） 2015年第4期51卷 718-724页

作者：郭婧晗薛惠文刘晓阳北京大学物理学院大气与海洋科学系北京100871

研究北京地区2007—2009年夏季8 km高度以下云出现概率（探测到云的次数与总探测次数之比）及云出现概率在一天内的分布规律,并研究三年中夏季单层云的云底高度分布规律,典型对流云的云底高度特征,以及对流云云底高度与地面相对湿度的... 详细信息

研究北京地区2007—2009年夏季8 km高度以下云出现概率（探测到云的次数与总探测次数之比）及云出现概率在一天内的分布规律,并研究三年中夏季单层云的云底高度分布规律,典型对流云的云底高度特征,以及对流云云底高度与地面相对湿度的关系。结果表明：北京地区夏季云出现概率约为12%,一天内云最容易出现在夜间,下午较夜间云出现得少;云底高度分布呈单峰,最容易出现在700±50 m高度,低云（云底高度在3000 m以下）出现次数占云总出现次数的82%;典型对流云云底高度出现在400-2500 m高度,一天之内云底高度变化不大。利用绝热气团模型得到云底高度与地面相对湿度的线性关系,并以此方便地给出对流云云底高度,平均相对标准差为0.321。

关键词：云高仪对流云云底高度云出现概率相对湿度

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利用地面观测评估ERA5云底高度产品

大气科学 2024年第2期48卷 735-744页

作者：李丹刘玉芝邵天彬罗润谭子渊兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000

云底高度对天气预报和飞行保障有着重要作用,但目前十分缺乏高时空分辨率的云底高度资料。本文利用中国东部地区云底高度的地面观测对ERA5再分析资料的云底高度进行评估,基于地面观测和ERA云底高度的小时平均偏差对ERA进行了初步订正和... 详细信息

云底高度对天气预报和飞行保障有着重要作用,但目前十分缺乏高时空分辨率的云底高度资料。本文利用中国东部地区云底高度的地面观测对ERA5再分析资料的云底高度进行评估,基于地面观测和ERA云底高度的小时平均偏差对ERA进行了初步订正和验证,综合分析了中国地区的云底高度分布特征。分析发现,ERA5再分析数据中的云底高度比观测值整体偏低,其中高估了低云的云底高度,低估了中、高云云底高度,且中、高云云底高度的偏差较大。另外,在有降水的条件下,ERA5数据中低云云底高度的准确性比无降水条件下的相对较高,但中、高云云底高度的准确性却更低。综合地面观测和ERA5数据云底高度的日变化和月变化分析发现,在我国东部地区,白天的云底高度整体低于夜间,峰值出现在夜间22:00(北京时间,下同),谷值出现在上午09:00,秋季和冬季的ERA5云底高度月变化与地面观测资料较为一致。基于日变化分析获得的小时平均偏差对ERA5数据的云底高度进行订正和验证,分析发现,2010~2019年间,中国地区的云底高度呈现自西北向东南逐渐降低的分布特征;中国南部、东北地区和青藏高原区域的云底高度相对较低,其中,青藏高原夏季和秋季的云底高度较低,春季和冬季较高,而沙漠地区在四个季节的云底高度都较高。

关键词：云底高度分布特征地面观测 ERA5 再分析数据

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基于双目成像云底高度测量方法

应用气象学报 2013年第3期24卷 323-331页

作者：陶法马舒庆秦勇胡树贞温显罡雷勇郭伟张春波中国气象局气象探测中心北京100081 福建省龙岩市气象局龙岩364000 北京市气象局北京100089

采用基线长为60 m的一对数字摄像机,构成双目成像云底高度测量系统,随着数字摄像技术和立体视觉传感器的发展,尤其是双目成像视觉传感器以结构简单、使用方便、测量精度高等诸多优点而被广泛应用。通过直方图均衡化方法对图像进行增强,... 详细信息

采用基线长为60 m的一对数字摄像机,构成双目成像云底高度测量系统,随着数字摄像技术和立体视觉传感器的发展,尤其是双目成像视觉传感器以结构简单、使用方便、测量精度高等诸多优点而被广泛应用。通过直方图均衡化方法对图像进行增强,利用亚像素角点检测器检测角点提高测量精度,并采用归一化互相关方法进行区域相关检测寻找同名点,将外极线约束引入图像匹配过程中进行同名点粗差去除,提高测量准确度;再根据匹配特征点得到相对视差,利用摄影测量原理计算云底高度;建立三维实验室标校场对相机进行内外方位元素标校,利用星星相对位置与相机姿态角的关系对相机进行现场标校,简化标校系统提高测量精度。利用2011年5月1日—6月30日采集的样本,在北京市观象台与维萨拉生产的CL31激光云高仪进行对比试验,并对产生云底高度测量系统误差的可能原因做出具体分析。

关键词：云底高度图像处理摄影测量现场标校

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基于模板匹配的云底高度估计

气象科学 2015年第5期35卷 610-615页

作者：李浩然孙学金刘磊张日伟解放军理工大学气象海洋学院南京211101

本文提出一种将主动卫星遥感云底高数据扩展到被动遥感卫星视场的新方法。在分析云顶高度（CTH）和云水路径（CWP）对云垂直分布影响的基础上,提出用CTH和CWP两项参数为基的模板匹配法,结合加权最近邻插值估计云层厚度,并用成熟的CTH反... 详细信息

本文提出一种将主动卫星遥感云底高数据扩展到被动遥感卫星视场的新方法。在分析云顶高度（CTH）和云水路径（CWP）对云垂直分布影响的基础上,提出用CTH和CWP两项参数为基的模板匹配法,结合加权最近邻插值估计云层厚度,并用成熟的CTH反演产品减去云层厚度,得到云底高度（CBH）。然后引入小波去噪的方法抑制对云底高度估计的局部高频涨落。与基于云类型的估计方法相比,该方法在20-300 km范围内与其估计效果相当,且在170-240 km范围内误差更小。考虑到基于云类型的估计方法在CloudSat卫星和MODIS云分类结果上存在差异,本文方法的适用性更好。

关键词：云底高度云顶高度云水路径模板匹配 CloudSat卫星 MODIS

CloudSat云底高度外推估计的可行性分析

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气象 2012年第2期38卷 210-219页

作者：王帅辉姚志刚韩志刚赵增亮北京应用气象研究所北京100029

云底高度对于全球辐射平衡以及航空飞行均具有重要影响。针对CloudSat与MODIS主、被动观测的优缺点,本文提出了利用MODIS云分类信息进行CloudSat云底高度外推估计的技术。首先使用MODIS和CloudSat数据,利用回归分析方法比较了基于云类型... 详细信息

云底高度对于全球辐射平衡以及航空飞行均具有重要影响。针对CloudSat与MODIS主、被动观测的优缺点,本文提出了利用MODIS云分类信息进行CloudSat云底高度外推估计的技术。首先使用MODIS和CloudSat数据,利用回归分析方法比较了基于云类型(CSAT)与基于距离(MSAT)的云底高度估计方法的优劣。此外,分析了中国及周边地区CloudSat各类云云底高度的均一性特征。最后,利用CloudSat各类云云底高度的统计特征,建立了一种基于云类型和距离权重的云底高度估计方法,并对该方法进行了验证和分析。结果表明,利用该方法得到的MODIS各类云云底高度估计误差的标准差均小于1.5 km,除了积雨云在观测点与待测点距离大于400 km的估计误差均值稍大于1.5 km外,各种情况下其他各类云的云底高度估计误差的均值均小于1.5 km。

关键词：云底高度外推估计 CloudSat MODIS

联合星载毫米波雷达和中分辨率光谱成像仪的云底高度反演

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气象科学 2018年第6期38卷 815-823页

作者：高顶李冠林马烁严卫国防科技大学气象海洋学院南京211101 北京航空气象防化研究所北京100085

云底高度是云重要的宏观物理参数。本文基于MODIS和CPR探测得到的可见光、红外和毫米波数据,提出了用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和BP神经网络反演云底高度的新方法,并以相对湿度阈值法处理探空资料所获取的云底高度... 详细信息

云底高度是云重要的宏观物理参数。本文基于MODIS和CPR探测得到的可见光、红外和毫米波数据,提出了用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和BP神经网络反演云底高度的新方法,并以相对湿度阈值法处理探空资料所获取的云底高度为基准,对PCA-BP法和CloudSat产品获取的云底高度进行了对比分析。结果表明:对绝大部分类型的云,PCA-BP法的反演偏差小于CloudSat产品。PCA-BP法和CloudSat产品反演的云底高度在夏季偏低,在其他季节偏高,且PCA-BP法与探空仪的均方根误差在所有季节均小于CloudSat产品,两者反演的云底高度具有一致的季节特征,即夏高冬低。PCA-BP法和CloudSat产品所获取的云底高度随纬度升高有减小趋势,在不同地区,两者具有不同的反演效果,反演误差随纬度升高而逐渐减小,对比结果说明了PCA-BP法反演云底高度具有一定的可行性。

关键词： CPR MODIS 云底高度主成分分析 BP神经网络