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GPM资料在分析“彩虹”台风降水垂直结构中的应用

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遥感技术与应用 2017年第5期32卷 904-912页

作者：卢美圻魏鸣气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京信息工程大学南京210044 华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室上海200241

全球降水测量计划GPM(Global Precipitation Measurement)是新一代全球卫星降水产品,其核心观测平台搭载的微波扫描辐射仪增加的高频通道可以探测小雨和雪,双频降水雷达将Ku波段和Ka波段数据结合,可获取更多云与降水粒子信息。为探测台... 详细信息

全球降水测量计划GPM(Global Precipitation Measurement)是新一代全球卫星降水产品,其核心观测平台搭载的微波扫描辐射仪增加的高频通道可以探测小雨和雪,双频降水雷达将Ku波段和Ka波段数据结合,可获取更多云与降水粒子信息。为探测台风降水的云雨结构,利用GPM的1C-GMI产品和2A-DPR产品,分析了2015年10月初的1522号台风"彩虹"的降水分布、垂直结构、雨顶高度、层云和对流云降水的结构,并与地基雷达的观测进行对比。结果表明:双频雷达的Ku波段擅长探测降水和零度层亮带,Ka波段探测云顶小粒子的效果更佳。台风在成熟阶段近地面降水率集中在20mm/h以下,部分在20~60mm/h,最大值达到88.68mm/h;雨顶高度集中在5~10km,最大高度超过15km。层云降水的面积在台风中所占比例达到63.4%,但单位面积平均降水率比对流降水低37%。双频降雨雷达DPR((Dual-frequency Precipitation Radar)和地基S波段雷达探测"彩虹"台风的结果十分相近,证明了DPR数据质量的可靠性。

关键词：全球降水测量计划 “彩虹”台风降水垂直结构对流云层状云

基于双频星载降水雷达GPM数据的华南地区降水垂直结构特征分析

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热带气象学报 2020年第1期36卷 115-130页

作者：杜爽王东海李国平蔡亲波许向春成都信息工程大学大气科学学院四川成都610225 中山大学大气科学学院/广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室广东珠海519082 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082 海南省南海气象防灾减灾重点实验室海南海口570203

华南汛期作为我国雨季爆发的第一阶段一直是预报与研究的热点问题,对其降水-云宏微观垂直特性的认识还不够深入。双频星载雷达资料对强、弱降水三维探测进行优化,并补充对洋面降水的探测。借助这两方面优势,对华南对流性、层云性两类主... 详细信息

华南汛期作为我国雨季爆发的第一阶段一直是预报与研究的热点问题,对其降水-云宏微观垂直特性的认识还不够深入。双频星载雷达资料对强、弱降水三维探测进行优化,并补充对洋面降水的探测。借助这两方面优势,对华南对流性、层云性两类主要降水类型的垂直特征进行统计,分析降水反射率因子与降水粒子垂直分布、亮带特征与垂直分层降水贡献,对比华南陆地在回波顶高方面与南海洋面的异同,最后针对华南前后汛期的降水垂直分布特征进行分析。(1)对流性降水反射率因子快速增长区域主要发生在低层,层云性降水反射率因子快速增长区域位于亮带层附近。(2)当发生强降水时,对流性降水的粒子浓度并不是总高于层云性降水,但前者粒子半径大于后者;强层云性降水往往来自于大小均一的粒子聚集,并没有形成更大直径的液滴。(3)华南陆地回波顶高季节变化较南海洋面强烈,浅薄对流降水发生频率受季风影响从春至秋存在先增后减特征,深对流发生频率在夏季增幅显著。南海地区回波顶高虽无明显季节变化但在3 km和5.5 km存在明显的双峰特征。(4)前汛期对流性降水的高浓度、大尺度的粒子更利于向更高高度发展,而层云性降水粒子浓度及半径的垂直分布在华南前后汛期无明显差异。前后汛期回波顶高异同主要出现在广西中部,广东中部和沿海地区。

关键词：双频星载雷达DPR 华南华南前汛期降水垂直结构回波顶高

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华南与南海地区降水垂直结构特征研究

华南与南海地区降水垂直结构特征研究

作者：杜爽成都信息工程大学

学位级别：硕士

华南的汛期作为我国雨季爆发的第一阶段,一直是预报与研究的热点问题,但对其降水-云宏微观垂直特性的认识还不够深入。另外,与华南关系紧密的南海洋面由于受到观测的限制,其降水垂直结构方面的探究也较有限。GPM(Global Precipitation M... 详细信息

华南的汛期作为我国雨季爆发的第一阶段,一直是预报与研究的热点问题,但对其降水-云宏微观垂直特性的认识还不够深入。另外,与华南关系紧密的南海洋面由于受到观测的限制,其降水垂直结构方面的探究也较有限。GPM(Global Precipitation Measurement)双频测雨雷达DPR(Dual-frequency Precipitation Radar)作为TRMM PR(Tropical Rainfall Measuring Mission Precipitation Radar)的接替,自2014年3月至今已累积大量探测数据,成为探究降水三维结构研究的有效手段。目前对于GPM DPR数据的研究主要是通过个例研究或短时序的统计来开展降水反演算法评估订正和产品评测等工作,前人的研究结论不断地优化和证实了GPM DPR数据及其可靠性。本文借助GPM DPR资料对强、弱降水三维探测之优化以及对热带洋面上探测范围的补充这两方面优势,揭示了华南以及南海降水的宏微观垂直结构特征,并讨论了其中的海陆差异。(1)华南降水垂直结构统计特征对流性降水反射率快速增长区域主要发生在低层,层云性降水则位于亮带层附近,两类降水在垂直方向上的反射率增量大小均与雨强成正比。当发生强降水时,对流性降水的粒子浓度并不是总高于层云性降水,但前者粒子半径大于后者;强层云性降水往往来自于大小均一粒子的聚集,并没有形成更大直径的液滴。对流性降水冬季伴随雨强增强,碰并层降水贡献先减后增,冰水混合层降水贡献则呈先增后减趋势;层云性降水夏季伴随雨强增强,均一层降水贡献比重增大,冰水混合层贡献减小,冬季贡献趋势与夏季一致,但比重变幅相对减小。前汛期对流性降水的高浓度、大尺度的粒子更利于向更高高度发展,而层云性降水粒子浓度及半径的垂直分布在华南前后汛期基本无差异。不论是对流性或层云性降水,强降水低层粒子浓度在华南前汛期低于后汛期,但前汛期的低层降水粒子半径更大,说明前汛期的强降水在低层的粒子碰并增长活跃以至于形成的粒子尺度更大。前后汛期风暴顶高异同主要在出现在广西中部和广东中部沿海地区:后汛期由热带扰动在广西中部迎风坡产生的降水相较前汛期的锋面降水发展得更强盛;广东近珠三角地区后汛期风暴顶高存在降幅,这种下降趋势在对流性降水中尤其明显,可见前汛期珠三角地区季风降水及对流过程的发展是明显强于后汛期的。(2)华南与南海降水垂直结构的差异对流性降水粒子半径大于1.6mm的频率较华南增加。层云性降水大尺度粒子可留存在4 km以上的频率增加,于此同时伴随高度降低,高频中心呈减小趋势,这与洋面上巨大的蒸发作用密不可分。粒子浓度及半径的平均廓线显示南海洋面上的强对流性降水更倾向于以“高浓度、小尺度”的状态存在。华南陆地的风暴顶高季节变化较南海洋面更为强烈,陆地浅薄对流降水受季风影响从春至秋存在先增后减特征,深对流在夏季增幅显著。南海地区风暴顶高虽无明显季节变化但存在双峰特征,两类降水峰值出现在3 km和5.5 km,分别对应积云、雨层云以及发展较高的积雨云。

关键词：双频星载雷达DPR 华南南海华南前汛期降水垂直结构

利用EOF方法分析沙尘气溶胶对降水垂直结构的影响

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利用EOF方法分析沙尘气溶胶对降水垂直结构的影响

基于GPM卫星探测的夏季高原涡降水结构特征

第35届中国气象学会年会

作者：董雪李锐王雨傅云飞赵纯中国科学技术大学地球和空间科学学院

降水的垂直结构,受到云的动力、热力过程、微物理过程的综合影响。宏观上,降水云的垂直发展主要受云内上升气流控制;微观上,降水率随高度向地面增加或者减小的斜率,反映了不同高度层主导降水粒子增长或蒸发的微物理过程。越来越多的研... 详细信息

降水的垂直结构,受到云的动力、热力过程、微物理过程的综合影响。宏观上,降水云的垂直发展主要受云内上升气流控制;微观上,降水率随高度向地面增加或者减小的斜率,反映了不同高度层主导降水粒子增长或蒸发的微物理过程。越来越多的研究表明,气溶胶的增加,会改变云微物理过程,影响降水的垂直结构。然而,气溶胶-云-降水相互作用(aerosol-cloud-precipitation interaction,简称ACPI)的问题观测困难、机理复杂,对ACPI的科学争论从未间断。特别是,从观测的角度,很难把气溶胶对云和降水的影响和云动力过程分离开。因而,气溶胶的间接效应是目前对气候变化研究中最不确定的影响因子之一。本研究利用TRMM卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,简称TRMM)搭载的测雨雷达(Precipitation Radar,简称PR)和微波成像仪(TRMM Microwave Imager,简称TMI)探测结果,以及Aqua和Terra卫星搭载的中分辨率成像光谱仪(Moderate resolution Imaging Spectroradiometer sensor,简称MODIS)的气溶胶观测资料,探究撒哈拉沙尘气溶胶对大西洋上的对流降水和层云降水垂直结构的潜在影响。为了定量研究气溶胶对降水垂直结构的影响,本研究选取了沙尘气溶胶与中尺度对流复合体(mesoscale convective system,简称为MCS)相互作用的个例,把同一MCS系统分离为受沙尘气溶胶污染样本、干净样本;并根据TRMM PR对雨型的分类,把降水样本区分为对流降水和层云降水,限制了降水样本所处的发展阶段;进一步,利用经验正交函数分解方法(EOF),分离、量化降水垂直结构的变化模态,分析影响降水垂直结构的物理机理。个例研究表明,雨顶高度主要受云动力过程控制,并与沙尘气溶胶存在潜在联系。对于给定的近地表降水率,层云降水受到沙尘气溶胶影响后,其雨顶高度系统性地、显著地高于其在干净条件下的雨顶高度。这可能是由于沙尘气溶胶促进冰相异质核化,增强了冻结层以上的冷云降水;也可能是撒哈拉干、热空气层,加强了低层液态雨滴的蒸发、破碎,减弱了沙尘区的近地表降水率。对降水廓线的EOF分析结果表明,层云降水的EOF第一模态在沙尘区、干净区没有明显差异,但沙尘区层云降水EOF第二和第三模态(EOF2和EOF3)冻结层以上降水强度显著增大,而在低层与干洁区域相近;且EOF2和EOF3与大气参数(雨顶高度、大气柱可降水量、云冰水合物含量等)相关性显著增强。这表明层云降水EOF2和EOF3可能反映了,沙尘气溶胶作为大气冰核,促进冻结层以上冰相降水过程。而对流降水的前三个EOF模态,在沙尘区和干净区没有明显差异。此外,本文进一步统计了更多沙尘气溶胶与MCS相互作用的个例,统计分析与个例分析结论一致。本研究利用卫星观测和EOF方法,一方面证实了云动力过程对降水垂直结构的主导影响,另一方面,分离、量化了气溶胶对降水垂直结构的影响,对于研究ACPI科学问题有重大意义。

关键词：沙尘气溶胶大气冰核降水垂直结构降水廓线 EOF分析气溶胶间接效应卫星遥感

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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高原山地气象研究 2023年第1期43卷 8-16页

作者：马冰霞冯鑫媛李媛余莲成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室成都610200 中国气象局成都高原气象研究所/高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室成都610072

利用GPM卫星的双频反演产品DPR_MS和ERA5再分析数据,对2016~2020年夏季青藏高原上空能被GPM卫星探测到的32例高原涡降水特征进行研究。结果表明:(1)高原涡在高原上降水强度偏小,绝大部分低于2 mm/h,雨顶高度主要在6~9 km。降水类型以深... 详细信息

利用GPM卫星的双频反演产品DPR_MS和ERA5再分析数据,对2016~2020年夏季青藏高原上空能被GPM卫星探测到的32例高原涡降水特征进行研究。结果表明:(1)高原涡在高原上降水强度偏小,绝大部分低于2 mm/h,雨顶高度主要在6~9 km。降水类型以深厚弱对流为主(占59.64%),其次是浅薄降水(占40.35%),深厚强对流极少。(2)高原西部降水涡绝大多数为深厚弱对流、平均雨顶高度明显高于东部涡,但东、西部涡的平均降水强度没有明显差异。浅薄降水频次呈“东高西低、北高南低”的空间分布特征,深厚弱对流降水则相反。(3)深厚弱对流降水受高原涡强上升运动影响显著,在6.5~7.5 km高度有大量有效半径为1.1 mm的雨滴粒子堆积,近地面较强降水(7 mm/h)的雨滴破碎过程明显。浅薄降水的反射率因子在各个高度持续增大,其地面降水主要由雨滴粒子碰并形成,地表雨强受雨滴浓度影响明显。

关键词：高原涡 GPM卫星双频星载雷达DPR 降水垂直结构粒子谱分布

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基于GPM/DPR数据的北疆地区降雪云宏观结构和微物理特征分析

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气象 2022年第9期48卷 1140-1152页

作者：王智敏施丽娟汪会殷占福李圆圆冯婉悦中国气象局人工影响天气中心北京100081 新疆维吾尔自治区人工影响天气办公室乌鲁木齐830002 中国气象局气象探测中心北京100081 新疆维吾尔自治区气象技术装备保障中心乌鲁木齐830002

利用GPM/DPR双频降水雷达资料、FY-2E卫星资料和地面降水实况,对新疆北部四次成熟期降雪过程的红外亮温、水平分布和垂直结构特征进行了分析。结果表明:降雪云团的云顶亮温集中在210~245 K,降雪云主要为层状云,中云对降水率贡献最大,近... 详细信息

利用GPM/DPR双频降水雷达资料、FY-2E卫星资料和地面降水实况,对新疆北部四次成熟期降雪过程的红外亮温、水平分布和垂直结构特征进行了分析。结果表明:降雪云团的云顶亮温集中在210~245 K,降雪云主要为层状云,中云对降水率贡献最大,近地面降水率多分布于0.5~2.0 mm·h^(-1),回波顶高主要集中在3.0~4.5 km范围内,回波顶高与近地表降水率强弱变化存在正相关;雷达反射率因子(Z)范围在22~35 dBz,强回波中心高度主要分布在1.25~4.50 km;质量加权平均直径(D_(m))为1.01~1.25 mm和粒子数浓度(dB N_(w))为32~36的配置贡献的降水最多,对应的高度范围为2.19~2.50 km和2.13~2.67 km;近地表由碰撞-聚并过程产生的大粒子较多,近地表附近D_(m)达到了2.33~3.00 mm,Z和D_(m)朝地面几乎恒定或稍有增加,Z和D_(m)数值大小与地表降水量变化呈正相关特征。

关键词：双频降水雷达(DPR) 降水垂直结构回波顶高滴谱参数

利用GPM卫星观测和WRF模拟研究与沙尘混合的中纬度锋面系统中云、降水和潜热的特征

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中国科学技术大学学报 2022年第2期52卷 20-34,67页

作者：周任君颜天源杨述评傅云飞黄辰朱红霞李锐中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026 中国科学院比较行星学卓越创新中心安徽合肥230026 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室安徽合肥230027

2017年5月3日,一场来自蒙古和内蒙古的强沙尘暴向中国东北移动,与一个典型的中纬度锋面系统相遇。本文利用GPM卫星观测、WRF模式模拟和再分析数据集,研究了沙尘气溶胶对云、降水和潜热(LH)的冰核效应。WRF模拟正确地反映了系统的主要特... 详细信息

2017年5月3日,一场来自蒙古和内蒙古的强沙尘暴向中国东北移动,与一个典型的中纬度锋面系统相遇。本文利用GPM卫星观测、WRF模式模拟和再分析数据集,研究了沙尘气溶胶对云、降水和潜热(LH)的冰核效应。WRF模拟正确地反映了系统的主要特征,模拟的地面降雨率分布与GPM微波成像仪的反演值呈正相关,相关系数随着对降水率进行平均的面积的增加。WRF模拟的降雨垂直结构与GPM双频降雨雷达(DPR)观测也具有较好的可比性,尤其是在低层。卫星观测和模式模拟的不同高度降雨率联合概率分布之间存在~0.80的强正相关。根据葵花8卫星的气溶胶光学厚度观测和大气环流长地带。只有在精心挑选的重沙尘区,WRF模拟才显示出沙尘气溶胶可以增强非均质冻结过程,从而导致较多的云冰、降雪、高空降水率和潜热,且这种效应只在−15℃至−38℃的温度下显著,并且要求沙尘数浓度大于106 m^(−3)。在此类个例研究中,准确地划定含沙尘区域非常重要。在选定的垂直横截面中,WRF模拟潜热和DPR反演潜热在垂直形状和大小方面具有一定的可比性。它们都可以反映倾斜的锋面结构,其上方为潜热加热,下方为潜热冷却。WRF模拟中的区域平均潜热剖面显示出潜热加热贯穿整个气柱、以对流为主导的特点,该特征不受沙尘的显著影响。而不同的DPR反演潜热剖面显示出不同的潜热垂直分布特点。

关键词：沙尘气溶胶锋面系统降水垂直结构潜热 GPM卫星 WRF模式 WRF-CHEM模式

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星载雷达在台风暴雨宏微观特征分析中的应用

气候变化研究快报 2024年第2期13卷 300-309页

作者：杜爽吴彬李艳芳王丹丹长兴县气象局浙江湖州湖州市气象局浙江湖州

“烟花”台风是有气象记录以来首个在浙江省内两次登陆的台风,其引导气流弱,移速缓慢,影响时间长。为探究“烟花”台风减弱阶段在浙北地区造成的强降水的分布特征及其云微物理垂直特征,本文利用星载雷达GPM资料,研究了2021年7月27日夜... 详细信息

“烟花”台风是有气象记录以来首个在浙江省内两次登陆的台风,其引导气流弱,移速缓慢,影响时间长。为探究“烟花”台风减弱阶段在浙北地区造成的强降水的分布特征及其云微物理垂直特征,本文利用星载雷达GPM资料,研究了2021年7月27日夜间“烟花”台风的降水率分布、雨顶高度、降水宏微观垂直结构及云顶亮温的分布特征,并与地基雷达观测进行了对比。结果表明:在“烟花”减弱阶段,台风雨带中20~40 mm/hr的雨强落区基本对应6~10 km的雨顶高度,位于台风眼壁处。微观方面,强雨区三维空间内均对应50以上的粒子数密度,相较而言,台风眼壁处水凝物粒子直径更大,在1.5~1.9 mm;台风外围处水凝物粒子直径在1.5 mm以内,但其粒子数浓度最大可达到55以上,这种高浓度的环境条件有利于降水粒子碰并聚合和直径增长,使得降水有加强潜势。位于台风眼壁的降水多数由对流性降水所组成,少部分层云性降水;西南象限外围螺旋雨带中对流性降水比重减小,但仍带来15 mm/hr以上的雨强。台风影响区域均有丰富冰水混合物存留,降水云滴的有效碰并增长活跃,对地面强降水的形成有正向贡献。同时,GPM与地基双偏振雷达探测结果十分相近,这证实了星载雷达反演产品在探测反演台风降水中的可靠性。

关键词：星载雷达 “烟花”台风 GPM 降水垂直结构双偏振雷达

基于星载测雨雷达探测资料的青藏高原东南坡降水个例分析

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暴雨灾害 2022年第3期41卷 276-289页

作者：杨柳袁俊鹏孙囡傅云飞中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026 云南大学昆明650500

针对青藏高原东南坡降水云内大气温湿结构缺乏认知的情况,利用TRMM PR资料、ERA5再分析资料和IGRA等资料,分析了青藏高原东南坡三个降水个例水平分布特征、垂直结构特征及天气背景特征。结果表明:(1)高原东南坡以冰云及混合云降水为主,... 详细信息

针对青藏高原东南坡降水云内大气温湿结构缺乏认知的情况,利用TRMM PR资料、ERA5再分析资料和IGRA等资料,分析了青藏高原东南坡三个降水个例水平分布特征、垂直结构特征及天气背景特征。结果表明:(1)高原东南坡以冰云及混合云降水为主,近地表降水率及回波顶高度分布不均;地表雨强越大,回波顶高度越高,云顶温度越低。虽然对流降水样本数较少,但其降水强度集中在10~50 mm·h^(-1),对总降水量的贡献较大。(2)从降水垂直结构来看,降水率自高空至6 km高度较为均匀的增大,体现了粒子的碰并增长过程,在4—6 km高度,降水释放潜热最大,粒子尺寸也更大,大于40 dBz的反射率因子多分布在此高度范围内。(3)雷达反射率因子的垂直变率在5 km附近有一狭长大值区,反映了融化层的存在,融化层会随着回波顶高度的变化表现出轻微的抬升或下降。(4)三个降水个例均发生在低层辐合高层辐散的流场中,降水落区水汽充沛,且云体对流有效位能较大,有利于降水系统的产生和发展。

关键词：测雨雷达青藏高原东南坡降水垂直结构雷达反射率因子

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