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敦煌戈壁地表反射率光谱的旋翼无人机测量及定标评估

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1439-1448页

作者：张勇徐寒列张立军李元孙凌覃丹宇戎志国胡秀清陆其峰卢乃锰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 中国气象局气象卫星工程管理办公室北京100081 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

利用敦煌中国遥感卫星辐射校正场的星地同步观测试验,实现对我国在轨气象、海洋、陆地资源、环境减灾、测绘地震、高分、军事等系列卫星光学成像载荷太阳反射波段的绝对辐射定标,是目前的重要手段之一。然而,中国遥感卫星辐射校正场传... 详细信息

利用敦煌中国遥感卫星辐射校正场的星地同步观测试验,实现对我国在轨气象、海洋、陆地资源、环境减灾、测绘地震、高分、军事等系列卫星光学成像载荷太阳反射波段的绝对辐射定标,是目前的重要手段之一。然而,中国遥感卫星辐射校正场传统的地表反射率光谱星地同步测量方法是基于汽车跑场观测,不仅耗费较大的人力物力、容易造成场地破坏,而且获取的测量数据缺乏区域代表性。鉴于此,自2016年起,在敦煌星地同步观测试验中以旋翼无人机低空同步测量为主,跑场测量为辅,完成从航线设计、航高选择、仪器参数配置、采样策略、航空数据处理的全链路摸底测试。多次飞行试验表明,采用多旋翼无人机低空飞行来代替汽车跑场同步测量,不仅提高了地表反射特性测量的空间一致性和代表性,还提高了地表反射率光谱的测量效率,也对宝贵的中国遥感卫星辐射校正场敦煌戈壁场区地表进行了有效保护,极大的节约了人力物力成本。通过传统跑场测量和航飞测量的地表反射率光谱数据对比分析,发现多次测量数据的均值一致性较好,并且航飞测量的数据标准差更小。利用TERRA MODIS的同步观测来对无人机测量数据开展辐射定标评估,结果表明航飞数据的相对偏差均在5%以内,可以代替跑场数据完成定标,精度满足要求。随着无人机性能的进一步优化和提高,在不久的将来必将得到更加广泛和深入的应用,在外场定标试验领域也将发挥更大更重要的作用。

关键词：中国遥感卫星辐射校正场无人机地表反射率在轨绝对辐射定标星地同步观测敦煌戈壁

风云静止气象卫星的图像导航和大气运动矢量（特邀）

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光学学报 2024年第18期 9-23页

作者：许健民陆风杨磊张晓虎曹赟张其松商建中国气象局国家卫星气象中心

本文介绍了风云静止气象卫星图像配准定位和大气运动矢量的算法。图像配准和定位统称图像导航，是图像观测的重要步骤。图像导航的数学模型须要在每一个观测瞬间，获得卫星的位置以及从卫星指向观测目标物的矢量。风云二号是自旋稳定卫... 详细信息

本文介绍了风云静止气象卫星图像配准定位和大气运动矢量的算法。图像配准和定位统称图像导航，是图像观测的重要步骤。图像导航的数学模型须要在每一个观测瞬间，获得卫星的位置以及从卫星指向观测目标物的矢量。风云二号是自旋稳定卫星，它用图像上地球影像中心位置的时间序列求解卫星的姿态，并对图像进行定位。风云四号是三轴稳定卫星，存在影响卫星对地观测光路指向的因素。所以风云四号卫星的观测和图像定位，通过更加密切的星地协同操作实现。在连续的图像上追踪云的运动，获得大气运动矢量。大气运动矢量所在的高度，是用物理方法确定的。从密实云上行的辐射，主要来自云。把云的温度与数值预报模式中各个高度层面上的温度相匹配，得到云的高度。从半透明的薄云上行的辐射，一部分来自云体，其余部分来自云下的背景。云的半透明程度主要和云的密实程度有关，所以在窗区和半透明通道的卫星测值之间，存在线性相关关系。据此可以更加准确地计算出云的半透明程度，以及在云的高度上大气的温度。半透明云高度计算方法的改善，提高了大气运动矢量的精度。

关键词：静止气象卫星图像配准图像定位大气运动矢量

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气候变暖对天气预报的影响及应对策略

气候变化研究进展 2024年

作者：丁一汇柳艳菊徐影谌芸中国气象局国家气候中心中国气象局国家气象中心

天气预报与社会经济和人们的生活息息相关。随着全球气候变暖日益加剧，极端天气事件呈现广发、频发和强发的特点，传统的天气预报将面临更重大的挑战。文中首先阐述了气候变化与极端天气事件的关系，然后分析了全球气候变暖对常规天气... 详细信息

天气预报与社会经济和人们的生活息息相关。随着全球气候变暖日益加剧，极端天气事件呈现广发、频发和强发的特点，传统的天气预报将面临更重大的挑战。文中首先阐述了气候变化与极端天气事件的关系，然后分析了全球气候变暖对常规天气预报和极端天气预报的影响，发现气候变暖将加大极端天气预报的难度，同时也更加强调“新常态”下提高极端天气预报准确率在防灾减灾方面的作用，并进一步分析气候变暖将使天气预报面临新的挑战。在此基础上，提出了适应气候变化的未来天气预报业务发展新动向以及应对措施和建议，如大力发展高分辨率和多圈层嵌套的数值预报模式、深入开展气候变暖背景下极端天气事件机理和可预报性研究、大力发展基于物理机制的动力-统计相结合的新模型、建立人工智能与数值预报技术融合的新方法以及提高预报员的科学素养和能力等。

关键词：气候变暖天气预报应对策略

联合国全民早期预警目标下中国气候风险管理前景分析

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气候变化研究进展 2024年第1期20卷 48-61页

作者：马丽娟袁佳双黄磊中国气象局国家气候中心北京100081

全球气候变暖对自然生态系统和人类社会产生了广泛而深远的影响,特别是加剧了气候变化风险,未来这种风险将更加复杂且难以管理。早期预警是减轻灾害风险和适应气候变化的重要手段。文章系统回顾了国内外早期预警发展及早期预警技术的全... 详细信息

全球气候变暖对自然生态系统和人类社会产生了广泛而深远的影响,特别是加剧了气候变化风险,未来这种风险将更加复杂且难以管理。早期预警是减轻灾害风险和适应气候变化的重要手段。文章系统回顾了国内外早期预警发展及早期预警技术的全球演变历程,归纳总结了国际早期预警从概念提出到多灾种早期预警系统发展的4个阶段,剖析了气候变化背景下联合国全民早期预警倡议的3方面内涵。结合我国早期预警服务的现状和发展模式,以及新形势下面临的气候风险、预警需求和技术差距,提出了在联合国全民早期预警目标下,我国在气候风险管理方面的3个优先方向。一是加强对复合型极端天气气候事件发生发展机理和预报预警的科学研究,以及人类社会经济系统中潜在临界要素的研究,评估极端事件和临界要素引爆后的潜在级联影响和规模,提高灾害风险认知能力,拓深、拓广已有多灾种早期预警系统,提升防范新型气候灾害风险能力;二是识别气候变化对行业、领域和区域绿色低碳转型可能造成的产业风险,加快构建面向气候和气候变化尺度的国家级气候安全早期预警平台,提升全社会应对气候风险的能力;三是开展多灾种早期预警国际合作,帮助尚无早期预警系统或早期预警系统效力不足的国家建立和完善早期预警系统,重点是厘清区域和国家存在的主要气候灾害风险和等级,以及适应气候变化的紧迫需求,提供多品类气象防灾减灾公共产品,提高国际影响力。

关键词：早期预警极端事件气候变化风险灾害

IPCC AR6相关甲烷研究进展分析及其对中国的启示

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气候变化研究进展 2024年第3期20卷 327-336页

作者：袁佳双邱爽中国气象局国家气候中心北京100081

工业化以来,甲烷(CH_(4))造成的温升约0.5℃,减少CH_(4)排放对于稳步实现《巴黎协定》温升目标至关重要。IPCC第六次评估报告(IPCC AR6)显示,1960—2019年,CH_(4)对总有效辐射强迫(ERF)的相对贡献为11%,对比1750—2019年,CH_(4)对总ERF... 详细信息

工业化以来,甲烷(CH_(4))造成的温升约0.5℃,减少CH_(4)排放对于稳步实现《巴黎协定》温升目标至关重要。IPCC第六次评估报告(IPCC AR6)显示,1960—2019年,CH_(4)对总有效辐射强迫(ERF)的相对贡献为11%,对比1750—2019年,CH_(4)对总ERF的相对贡献下降,这与20世纪70年代以来大气中CH_(4)浓度增长率发生变化有关。预估显示,到2050年全球CH_(4)排放有望实现高达45%的减幅,届时将降低变暖峰值水平,并可有效减少全球表面臭氧,有助于改善空气质量。报告也指出,CH_(4)的源汇还存在很大不确定性,准确量化CH_(4)源汇并归因仍具有挑战性。随着我国发布《甲烷排放控制行动方案》,学界需加强CH_(4)源汇估算的研究,并进一步加强卫星监测大气CH_(4)浓度的反演算法,为我国CH_(4)相关管控政策提供数据支撑。

关键词： IPCC AR6 甲烷(CH_(4)) 减排潜力

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卫星微波高层探测通道定标精度评估

大气科学 2024年第2期48卷 602-618页

作者：毕研盟李娟吴春强安大伟韩阳廖蜜徐唯伟胡菊旸窦芳丽李小青许健民气象卫星创新中心北京100081 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 国家卫星气象中心北京100081 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

全球/区域数值预报同化系统所需要的重要资料来源之一是卫星微波遥感的亮温数据。微波遥感仪器的高层大气(平流层中上部)探测通道亮温的定标精度,受多种因素影响,存在一定的偏差。由于高层大气高精度探测资料相对比较匮乏,因此对微波遥... 详细信息

全球/区域数值预报同化系统所需要的重要资料来源之一是卫星微波遥感的亮温数据。微波遥感仪器的高层大气(平流层中上部)探测通道亮温的定标精度,受多种因素影响,存在一定的偏差。由于高层大气高精度探测资料相对比较匮乏,因此对微波遥感的高层大气亮温的精度检验评估成为重要研究内容。本文对在轨运行的微波温度遥感器AMSU-A、ATMS和FY-3D MWTS-2在2020年观测数据进行了定标精度检验评估,综合使用了三种评估方法进行了较为全面的分析,即基于掩星资料、再分析资料的辐射传输模拟比较和同类仪器交叉定标比较。三种检验评估方法从不同角度揭示了各仪器高层大气探测通道观测资料的误差特征,分析了对比误差的可能来源。三种评估方案给出的高层通道亮温的偏差存在差异,但基本结果变化趋势是一致的,即高层通道相比中低层通道,存在较大的噪音。除了交叉定标方法,其它两种方法都检验出了高层资料偏差的季节变化;整体而言,AMSU-A表现要优于MWTS-2和ATMS。本研究评估的高层亮温偏差的时间、空间变化特征可为微波高层大气资料的同化、气候应用提供参考。

关键词：微波遥感掩星辐射传输交叉定标

2024年2月我国两次大范围雨雪冰冻天气对比

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应用气象学报 2024年第4期35卷 385-399页

作者：董全陈博宇胡宁孔铃涵陈涛王佳张博国家气象中心北京100081 中国气象局气象探测中心北京100081

2024年1月31日—2月7日(过程Ⅰ)和2月19—25日(过程Ⅱ)我国中东部地区先后出现两次大范围、持续性的雨雪冰冻天气过程,利用地面观测、再分析资料、双偏振雷达、雨滴谱等分析两次过程的雨雪冰冻实况、微物理特征、环流形势和层结特征,并... 详细信息

2024年1月31日—2月7日(过程Ⅰ)和2月19—25日(过程Ⅱ)我国中东部地区先后出现两次大范围、持续性的雨雪冰冻天气过程,利用地面观测、再分析资料、双偏振雷达、雨滴谱等分析两次过程的雨雪冰冻实况、微物理特征、环流形势和层结特征,并对比二者异同。结果表明:两次过程的影响区域、持续时间和总降水量接近,但过程Ⅰ积冰更厚、积雪更深,过程Ⅱ影响范围更广、降雪量更大。过程Ⅰ降水粒子从上到下呈3层结构特征,即冰晶层-融化层-液态层,过程Ⅱ呈4层结构特征,即冰晶层-融化层-液态层-再冻结层,导致过程Ⅰ冻雨更明显、积冰更厚,过程Ⅱ冰粒更多、积雪深度较浅、积冰厚度较薄。环流形势和层结特征显示两次过程均为西伯利亚高压和南支系统的协同作用,但过程Ⅱ低层急流强度和地面西伯利亚高压更强,导致过程Ⅱ中层暖层和低层冷层的强度均强于过程Ⅰ,而冷层更强是过程Ⅱ冰粒更明显的直接原因。

关键词：雨雪冰冻冻雨冰粒双偏振雷达雨滴谱

F_(10.7)指数与Ap指数短期预报检验

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空间科学学报 2024年第3期44卷 425-436页

作者：陈安芹李沐郭建广刘丹丹唐伟赵海娟中国气象局空间天气重点开放实验室/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

国家空间天气监测预警中心(NCSW)从2004年7月1日开始对用户提供空间天气预报服务,其中包括未来24 h,48 h和72 h的F_(10.7)指数和Ap指数预报.本文对2005-2022年NCSW的F_(10.7)指数和Ap指数的预报结果进行了检验.通过检验发现,NCSW预报的... 详细信息

国家空间天气监测预警中心(NCSW)从2004年7月1日开始对用户提供空间天气预报服务,其中包括未来24 h,48 h和72 h的F_(10.7)指数和Ap指数预报.本文对2005-2022年NCSW的F_(10.7)指数和Ap指数的预报结果进行了检验.通过检验发现,NCSW预报的未来24 h,48 h和72 h的F_(10.7)指数平均比实测值偏小;未来24 h的Ap指数平均比实测值偏大,未来48 h和72 h的Ap指数平均比实测值偏小.太阳活动水平越高,F_(10.7)指数的预报误差越大;但是Ap指数预报误差最大值反而出现在太阳活动下降段.此外,通过与跟报模型、14天回归模型、14天回归修正模型、27天回归模型和27天回归修正模型等简单的统计预报模型对比发现,NCSW的预报性能整体优于简单的统计预报模型.对于F_(10.7)指数,NCSW的预报性能略好于跟报模型,明显好于4个回归模型,但是当太阳活动水平较高时,跟报模型未来72 h的F_(10.7)指数预报性能优于NCSW;对于Ap指数,多数情况下,NCSW的预报性能明显优于统计预报模型,但是地磁扰动剧烈时,27天回归模型预报的Ap指数反而比NCSW的预报更准确.

关键词：空间天气预报检验 F_(10.7)指数 Ap指数

风云第三代极轨卫星测风激光雷达仿真与指标分析（特邀）

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光学学报 2024年第18期 51-63页

作者：吴松华戴光耀龙文睿孙康闻翟晓春徐娜商建胡秀清张鹏中国海洋大学信息科学与工程学部海洋技术学院崂山实验室中国气象局国家卫星气象中心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中国气象局气象探测中心

高时空分辨率的三维风场是研究大气层动力结构及演化特征、热量-动量-物质交换与平衡的关键要素。世界气象组织评估认为，三维风场的全球观测是从根本上提高数值气象预报精度的首要观测因素。欧洲空间局Aeolus卫星的全链路仿真系统、卫... 详细信息

高时空分辨率的三维风场是研究大气层动力结构及演化特征、热量-动量-物质交换与平衡的关键要素。世界气象组织评估认为，三维风场的全球观测是从根本上提高数值气象预报精度的首要观测因素。欧洲空间局Aeolus卫星的全链路仿真系统、卫星技术体制、定标印证与科学应用等经验为我国风云卫星的全球动力场观测提供了有益的借鉴。简要回顾了国外星载测风激光雷达发展计划和应用情况，针对我国风云第三代极轨气象卫星对全球高分辨率三维风场的观测需求，分析两种星载测风激光雷达技术的适用性，建议发展一种直接探测与相干探测融合的双体制多普勒测风激光雷达技术方案，通过双光束探测模式，以期实现单星的风矢量探测。通过构建一套全链路测风激光雷达仿真模型，实现网格化大气参数、扫描观测与正演-反演仿真。结合当前国内航天有效载荷的技术成熟度与发展趋势，给出星载混合体制测风激光雷达的主要参数建议，以满足数值天气预报的同化所需要的时空分辨率与观测精度需求。

关键词：星载测风激光雷达相干探测直接探测多普勒激光雷达仿真模拟风廓线