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基于深对流云的FY-3D/MERSI-Ⅱ反射太阳波段辐射响应评估

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光学学报 2023年第18期43卷 358-370页

作者：张北胡秀清周为伟王玲陈林张鹏中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 河南理工大学测绘与国土信息学院河南454003

风云三号D星(FY-3D)中分辨率光谱成像仪Ⅱ型(MERSI-Ⅱ)已在轨运行超过5年,经定量应用反演发现部分通道辐射响应性能出现明显退化。本研究采用深对流云(DCC)目标对MERSI-Ⅱ大部分反射太阳波段辐射响应变化进行趋势评估,为提高该方法的稳... 详细信息

风云三号D星(FY-3D)中分辨率光谱成像仪Ⅱ型(MERSI-Ⅱ)已在轨运行超过5年,经定量应用反演发现部分通道辐射响应性能出现明显退化。本研究采用深对流云(DCC)目标对MERSI-Ⅱ大部分反射太阳波段辐射响应变化进行趋势评估,为提高该方法的稳定性,对基础DCC定标方法进行了优化。首先,比较了当前两种DCC双向反射分布函数(BRDF)模型的校正效果,采用月度反射率概率密度函数(PDF)众数和均值分别对反射率长时间序列稳定性进行分析。结果表明:对可见光和近红外波段使用CERES厚冰云BRDF模型校正的反射率PDF众数较优;短波红外波段反射率PDF均值较优,但对于两种BRDF模型均不敏感。其次,针对BRDF模型在短波红外波段无明显校正效果的问题,提出了一种基于反射率拟合残差和滑动平均值的去季节性方法。该方法显著改善了2018-2022年短波红外波段月度DCC反射率序列的相对标准差和波动性,分别降低了约22.2%和53%。这种去季节性方法为其他卫星光学传感器基于DCC目标的辐射定标研究提供了参考。最后,使用上述方法对MERSI-Ⅱ的11个反射太阳波段辐射响应进行定量评估,发现蓝光通道和全部短波红外通道出现显著衰减,该评估结果将作为FY-3D/MERSI-Ⅱ业务定标更新的重要参考依据。

关键词：遥感和传感器辐射定标深对流云双向反射分布函数中分辨率光谱成像仪

基于深对流云目标的风云二号可见光通道辐射定标

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光谱学与光谱分析 2016年第8期36卷 2639-2645页

作者：陈林徐娜胡秀清陆风张鹏中国气象局国家卫星气象中心北京100081 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室北京100081

介绍了一种采用深对流云目标对风云二号(FY-2)扫描辐射计可见光通道进行辐射定标的方法。以深对流云作为辐射定标参考载体,以AQUA/MODIS获得的深对流云反射率作为辐射基准参考,以GOME-2和辐射模式模拟的DCC光谱进行了光谱响应函数的修正... 详细信息

介绍了一种采用深对流云目标对风云二号(FY-2)扫描辐射计可见光通道进行辐射定标的方法。以深对流云作为辐射定标参考载体,以AQUA/MODIS获得的深对流云反射率作为辐射基准参考,以GOME-2和辐射模式模拟的DCC光谱进行了光谱响应函数的修正,评估FY-2系列卫星的可见光通道辐射定标精度及其长序列衰减趋势。结果表明:(1)FY-2可见光通道存在不同程度的衰减,FY-2D,FY-2E和FY-2F的年衰减率分别约为1.67%,1.69%和0.81%;(2)与国际推荐的参考仪器AQUA/MODIS的DCC反射率基准相比,风云二号可见光通道业务定标结果与之存在显著差异,其相对偏差了分别达到了39.9%,29%和19.2%。(3)FY-2卫星在轨期间,可见光通道存在一定程度的周期性的波动和跳跃现象。借助深对流云目标很好地实现了FY-2系列气象卫星的可见光辐射定标,获取的辐射定标结果已经作为业务定标更新的重要依据。

关键词：深对流云辐射定标风云二号可见光通道

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基于深对流云的夜间微光传感器定标技术

红外与毫米波学报 2015年第5期34卷 630-640页

作者：马烁黄云仙严卫艾未华赵现斌解放军理工大学气象海洋学院江苏南京211101

NPP（National Polar-orbiting Parternership）卫星于2011年10月28日发射升空,其上搭载的VIIRS（Visible Infrared Imaging Radiometer Suite）传感器包含DNB（Day Night Band）波段,该波段采用三增益设置,可在白天、晨昏甚至夜间实现地球观测.其中,在夜间月光条件下,主要采用高增益,定标实现较为困难.以此为目的,首次提出了基于深对流云的夜间微光传感器替代定标方法.将月亮辐射模型引入到SCIATRAN中,实现了全天候的辐射传输计算,并利用该改进的辐射传输模式,通过确定深对流云光学属性、地表特性及大气廓线等的参考值,对接收大气层顶反射辐射进行敏感性试验,分析得到主要影响因子为云光学厚度COT（Cloud Optical Thickness）与有效粒子半径Re（Effective Radius）,且利用固定参考值得到最大模拟误差小于5%.为了检验该替代方法的可行性,通过改进的辐射传输模式,对2012年08月∽2013年01月共6个月夜间DNB数据所确定的深对流云替代目标像素进行辐射传输模拟,结果表明基于深对流云的替代定标方法效果较好,基于日变化的辐射不确定度在±10%之内,可实现对DNB夜间高增益阶段的直接辐射定标.

关键词：辐射定标 NPP 深对流云辐射传输模式

基于FY-4A多通道扫描成像辐射计识别深对流云的算法分析

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中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 2022年第4期 240-247页

作者：刘书岳中山大学大气科学学院广东中山528406

深对流云(deep convection cloud)是由强烈对流运动发展而产生的特别的云体,研究好深对流云的性质、特征并对其作准确的识别和预报是气象工作中非常重要的环节。本文基于静止气象卫星风云四号(FY-4A)上的多通道扫描成像辐射计(MUSIR)和... 详细信息

深对流云(deep convection cloud)是由强烈对流运动发展而产生的特别的云体,研究好深对流云的性质、特征并对其作准确的识别和预报是气象工作中非常重要的环节。本文基于静止气象卫星风云四号(FY-4A)上的多通道扫描成像辐射计(MUSIR)和搭载在S-NPP上的先进微波探测仪(ATMS)的观测资料,开发了一套利用红外亮温阈值和亮温差识别深对流的方法,并对该方法进行讨论和分析,得到的结果是:该算法在热带地区识别深对流的效果很好,但在较冷的地方或高纬度地区识别效果不理想;同时红外识别的误报率(FAR)很高,由此本文还采用可见光的方法尝试在不大幅度降低检测率(POD)的情况下将误报率(FAR)给降低,最后取得一定的效果。

关键词：扫描成像辐射计深对流云气象工作

黄淮西部地貌过渡区深对流云的时空特征及其天气意义

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气象学报 2013年第3期71卷 383-396页

作者：苏爱芳银燕吕晓娜郑永光南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044 中国气象局(河南)农业气象保障与应用技术重点实验室郑州450003 河南省气象台郑州450003 国家气象中心北京100081

中国黄淮西部地貌过渡带(30°38°N,109°-118°E,山区和平原过渡带)地形复杂,每年夏季强对流天气频繁发生。为了深入了解该地区的对流发展和分布特征,用1996 2010年5-8月静止卫星多通道资料及河南省地面观测的对流天气(雷暴、冰雹、短... 详细信息

中国黄淮西部地貌过渡带(30°38°N,109°-118°E,山区和平原过渡带)地形复杂,每年夏季强对流天气频繁发生。为了深入了解该地区的对流发展和分布特征,用1996 2010年5-8月静止卫星多通道资料及河南省地面观测的对流天气(雷暴、冰雹、短时强降水)资料,对该地区深对流活动的时空分布及天气意义进行了统计和对比研究。结果显示:黄淮西部地貌过渡带及其附近深对流活动的时空分布不仅与气候带关系密切,而且,明显受地形和天气系统影响。淮河流域是深对流活动高发区,豫北和豫西山区是深对流活动次高发区。豫北和豫西山区的深对流主要产生雷暴和冰雹,而淮河流域、南阳盆地等地势较低地区的深对流活动则较多地与雷暴和短时强降水有关。深对流活动随夏季风北进和副热带高压的北抬而具有显著的月际、日际变化及明显的阶段性特征。不同月份的深对流活动日变化特征显著不同,表现出两种性质的对流活动,一种为持续时间较短的热对流,一种为大尺度天气系统控制的持续性对流。豫北深对流活动日变化主要为单峰型,且具有自西北向东南方向传播的特征;豫南深对流活动日变化表现为双峰结构。

关键词：地貌过渡带深对流云强对流天气时空分布特征

基于CloudSat资料的中国地区深对流云物理特征研究

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高原气象 2017年第6期36卷 1655-1664页

作者：杨冰韵吴晓京郭徵国家卫星气象中心北京100081

利用2007-2010年和2013-2014年Cloud Sat卫星资料,分析了中国11个地理区域的深对流云发生率、冰/液态水路径、冰/液态水含量等分布特征及其季节变化。结果显示,深对流云发生率整体呈现从东南到西北递减的趋势,高值区主要集中在西北地区... 详细信息

利用2007-2010年和2013-2014年Cloud Sat卫星资料,分析了中国11个地理区域的深对流云发生率、冰/液态水路径、冰/液态水含量等分布特征及其季节变化。结果显示,深对流云发生率整体呈现从东南到西北递减的趋势,高值区主要集中在西北地区东南部、西藏东南部、西南地区东部和南部、黄淮西部和南部、江汉、江淮、江南和华南等地,就各个地区不同季节而言,江南地区夏季的值最大,达到10.34%。在垂直高度上,深对流云发生率分布在18 km以下,最大值为11.31%,出现在江南夏季4.08~4.56 km高度上。深对流云中冰水路径最大值出现在华南夏季,液态水路径最大值出现在黄淮秋季,西藏地区的深对流云中冰水路径的比例明显高于液态水路径。冰水含量在垂直高度上存在两个高值区,分别位于6~8 km、14~18 km,最大值发生在江南夏季19.44 km左右高度上,达到1 018.87 mg·m^(-3),季节差异较大的高度位于14~18 km。液态水含量最大值发生在江淮冬季,达到411.50 mg·m^(-3),高度在9.36 km左右,垂直高度上最大值在2~6 km上均有出现。该结果可以更好地揭示深对流云的气候特征,并为人工影响天气以及数值模式中对深对流云物理量的模拟提供一定的参考依据。

关键词： CloudSat 深对流云云水含量

基于深对流云目标的方向特性建模与仪器辐射响应变化分析

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基于深对流云目标的方向特性建模与仪器辐射响应变化分析

作者：周为伟河南理工大学

学位级别：硕士

遥感卫星传感器在很多应用领域需要提供一致性观测数据,然而卫星发射后,受太空环境和自身仪器老化影响,会发生仪器性能的衰减,因此对卫星传感器长时间辐射响应性能跟踪具有重要意义。基于地球稳定目标跟踪仪器衰减变化是常用的定标方法... 详细信息

遥感卫星传感器在很多应用领域需要提供一致性观测数据,然而卫星发射后,受太空环境和自身仪器老化影响,会发生仪器性能的衰减,因此对卫星传感器长时间辐射响应性能跟踪具有重要意义。基于地球稳定目标跟踪仪器衰减变化是常用的定标方法,相对于其它目标,深对流云目标数量多,稳定性高,适合对极轨和静止卫星进行定标。在利用深对流云目标跟踪传感器时,考虑到自身方向特性的影响,需要对深对流云的方向特性进行校正,以此提高定标的准确性。目前,在进行深对流云的方向校正时,多采用宽波段的Hu模型,对可见和近红外波段有一定的校正效果,但在短波红外通道会带来更大的误差,因此对深对流云的方向特性重新建模是有意义的。采用稳定的Himawari-8/AHI数据,利用大量数据建立查找表对深对流云的方向特性进行建模,并利用模型基于深对流云目标长时间序列反射率变化的拟合线对Himawari-8/AHI和FY3D/MERSI的仪器性能进行评估。论文的主要研究内容与结论如下:(1)深对流云的数据筛选条件分析。主要分析亮温阈值、均一性阈值对深对流云数据稳定性影响。通过改变筛选条件,分析深对流云每月概率分布直方图(Monthly probability distribution frequency histogram,PDF)和长时间序列稳定性变化。结果表明:在保证数据充足的情况下,亮温阈值的影响最大。进行数据筛选时,首先需要保证数据量充足,再改变筛选条件,以此提高数据稳定性。经过验证,最后选择亮温值205K,反射率和亮温均一性阈值分别为3%和1K筛选条件。(2)深对流云的方向特性建模。采用Himawari-8/AHI数据利用大量数据建立查找表,表征深对流云的方向特征,并与Hu模型对比验证。结果表明:建立的模型在可见光和近红外波段效果优于Hu模型,尤其在短波红外通道,相比于Hu模型增大数据标准误差值,所建模型起到一定校正效果。(3)FY3D/MERSI的短波红外通道温度校正。不同于其它反射通道采用硅探测器,短波红外通道探测器采用光伏碲镉汞焦平面器件,对温度敏感,通道波动较大,影响通道的衰减结果计算,因此需要对其进行温度校正。利用MODIS温度校正公式,对MERSI的1640nm和2130nm波段通道进行温度校正,并比较长时间序列校正前后数据稳定性。结果表明:利用仪器温度和冷空温度对短波红外波段校正后,数据波动性变小,稳定性提高。(4)FY3D/MERSI和Himawari-8/AHI仪器衰减结果分析。基于深对流云目标长时间序列数据,利用拟合线计算仪器衰减率。结果表明,对于可见光波段,Himawari-8/AHI卫星波长越长,衰减率越高。对于短波红外通道,其衰减率远远低于可见光-近红外通道。在可见光波段中,FY3D/MERSI波长越长,衰减率越低。865nm波段的总衰减为2.44%,年衰减为0.56%。在短波红外通道中,波长越长衰减率越低。在900-1100nm波段,波长越长,衰减率越高,总衰减最大达到了8.43%。

关键词：深对流云方向特性衰减辐射响应温度校正

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我国暖季深对流云分布与日变化特征分析

气象 2011年第1期37卷 75-84页

作者：陈国春郑永光肖天贵成都信息工程学院成都610225 国家气象中心北京100081

本文利用1996—2008年近12年3—10月(无2004年资料,部分时段资料缺失)的地球静止卫星逐时多通道(红外1、红外2和水汽通道)数字云图资料给出了我国及周边地区暖季深对流云时空演变特征,并对比分析了相关文献中的雷暴日数分布及低轨卫星... 详细信息

本文利用1996—2008年近12年3—10月(无2004年资料,部分时段资料缺失)的地球静止卫星逐时多通道(红外1、红外2和水汽通道)数字云图资料给出了我国及周边地区暖季深对流云时空演变特征,并对比分析了相关文献中的雷暴日数分布及低轨卫星观测的闪电密度分布。本文以TB_(ir1)(红外1通道亮温)≤-52℃、TB_(ir1)-TB_(ir2)(红外2通道亮温)深对流云。分析结果表明:我国暖季有4个深对流云活跃区域,分别为青藏高原中东部、华南和云贵高原东北部、新疆伊犁河谷及周边区域、浙闽赣大部分区域;总体来看深对流云夏季(6—8月)最活跃,春季(3—5月)次之,秋季(9—10月)最不活跃;不同季节深对流云地理分布特征显著不同;不同季节、不同地区的深对流云日变化特征具有明显差异,秋季日变化最不显著;由于春季日落时间早于夏季,一般说来深对流云日变化主峰时段春季早于夏季;青藏高原中东部、两广丘陵与浙闽丘陵地区深对流云都为单峰型日变化;四川盆地深对流云具有显著的夜发性特征;江淮地区春夏季节深对流云日变化都为双峰型,这可能与该区域较多MαCS密切相关;青藏高原中东部热对流比较活跃;夏季两广丘陵、四川盆地和江淮地区不仅热对流活动频繁,其他天气系统(比如台风、梅雨锋等)触发和维持的对流活动也非常活跃。

关键词：深对流云时空分布季节变化日变化

大气气溶胶粒子影响深对流云降水的国外最新研究进展

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安徽农业科学 2010年第6期38卷 3309-3312页

作者：许霖金莲姬覃峥嵘翟晴飞南京信息工程大学中国气象局大气物理与大气环境重点开放实验室江苏南京210044 湖南省气象台湖南长沙410007 广西区气象局广西南宁530022

大气气溶胶粒子是影响云和降水的一个重要因素,国内外对此开展了大量的观测和数值模拟研究。文中回顾了近二十年来关于大气气溶胶粒子对深对流云降水影响的研究进展,尤其是近年来国外的研究进展。结果表明,深对流云对大气气溶胶粒子的... 详细信息

大气气溶胶粒子是影响云和降水的一个重要因素,国内外对此开展了大量的观测和数值模拟研究。文中回顾了近二十年来关于大气气溶胶粒子对深对流云降水影响的研究进展,尤其是近年来国外的研究进展。结果表明,深对流云对大气气溶胶粒子的响应是非线性的,可能与气溶胶粒子的谱分布、数浓度、化学组分等有关,并且在不同气象条件下,气溶胶粒子对深对流云降水产生的影响也有差别。最后结合国外研究进展,讨论了该领域未来的发展和研究方向。

关键词：大气气溶胶粒子 CCN IN 深对流云降水研究进展