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有关云参数反演产品的探究和分析

2020-02-15 401 上传者：管理员

摘要：深入了解云的微物理特征，掌握其性质在空间和时间上的差异，对人工影响天气作业提供指导，也可为云系变化的监测和短时临近精细天气预报提供帮助。文章对目前发布的四种云参数反演产品进行了研究和分析，提出了几点设想。

关键词：
云特征
初探
卫星
反演产品
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利用人工影响天气云降水特征参量静止卫星反演系统，对我国FY2C/D/E/F静止气象卫星探测资料、L波段探空秒数据进行联合反演，得到一组同云系人工影响天气作业条件直接相关的云降水宏微观物理特征参数。目的是利用这些云系物理特征参数，对人工影响天气作业提供指导，也可为云系变化的监测和短时临近精细天气预报提供帮助。目前发布的云参数反演产品主要有7种，包括云黑体亮温、云顶高度、云顶温度、云体过冷层厚度等4种宏观参量和云光学厚度、云粒子有效半径、液水路径等3种微观参量。本文选其中4种进行介绍。产品空间分辨率：采用0.05°×0.05°卫星观测数据进行反演计算，产品空间分辨率为5公里。目前，反演产品每1小时发布一次，发布时间比对应时次的卫星观测数据时间延后约60分钟。

1、产品的基本特征

1.1 黑体亮温（TBB）指卫星观测的下垫面物体（这里是云顶）的亮度温度，亮度温度是指和被测物体具有相同辐射强度的黑体所具有的温度，或者说物体在同一波长下的光谱辐射强度与黑体光谱辐射强度相等时的黑体温度。亮度温度通常低于物体的真实温度。图1云顶亮温图在夏季，TBB中心值的降低的情况下，中尺度对流系统会不断发展加强（云顶亮温低，云顶则高），会给所经过的区域造成暴雨、雷电、短时大风、短历时强降水等灾害性天气;TBB值的变化对降雨量有一定的指示作用。TBB资料的时空分辨率高，利用每小时一次的亮温资料，可以动态反映云的演变过程，能够较好地反映强天气系统的发生、发展和消亡，尤其是能定量指示对流云的发展高度，通过分析TBB资料，可以反映强对流天气临近预警的关键区和关键指标。在少云或无云区，其值一般为＞0°C的较高值，云区中则相反。据统计，如果是强对流天气发展，云顶亮温会达到-60°C以下，有时会达到-100°C以下，云顶亮温越低说明云顶越高，对流就越旺盛，为了最大限度地发挥云顶亮温值的作用；平均亮温逐渐降低时，表明云处于发展阶段。因此，可以考虑将楚雄州分为几个关键区，当某一关键区出现-60°C亮温或者一小时内亮温的变化超过-20°C，则向这一关键区的人影指挥员发出警示，提醒人影指挥员加强雷达监测，作业点做好作业准备。可以通过对云顶亮温的统计分析，进行作业指标的进一步研究[1]。云顶亮温指标有可能随着季节月份的不现而变化，在今后的研究中要加以注意；同时也要注意云顶亮温的日变化。

1.2 云顶高度（Ztop）指云顶相对地面的距离。有研究表明，卫星反演云顶高与多普勒雷达回波顶高有较好的正相关关系，但并不完全相等，其相关系数还有待进一步研究；卫星云顶高反应的是积层混合云和层状云顶部粒子的辐射特性，而回波顶高主要体现的是云中下部较大降水粒子对雷达回波的衰减，从这一点而言，卫星反演云顶高更能反映云顶高度的真实情况，将云顶高度结合雷达监测产品，对中小尺度天气产品做出判断。有研究表明：反演的云顶高度在靠近雷达站的位置一般略高于雷达回波顶高，但随着离雷达站距离的增加，前者与后者差值将增大。将图2与图3进行对比，图2可以看出昆明北部有5-6km的云层，但图3并不能反映出来。体现出反演云顶高度相对于雷达的优越性[2]。

图22018年5月16日12时00分西南部分区域卫星反演云顶高度

1.3 云顶温度指云顶所在高度的温度。强对流发生前，云顶温度和水汽温度会逐渐下降，结合水汽温度，可以提前1小时预报强对流天气。

图42018年6月3日14时00分卫星反演云顶温度；图52018年6月3日14时00分卫星云图

将卫星反演云顶温度（图4）与同一时次的卫星云图（图5）比较，可以更清晰地看出云体之间的边界和对流发展情况，为人工影响天气及短临预报提供依据。

1.4 云体过冷层厚度（Hsc）指0°C层到云顶之间的厚度，单位为千米（km）。可用于了解云系冷暖云垂直结构配置。从图6可以看出，兰州以南的云体过冷层厚度更加深厚且面积更大，可以结合其演变过程和雷达实况做出更精准的分析，是十分有用的辅助工具[3]。

图62018年6月5日12时00分卫星反演云体过冷层厚度

2、几点设想

（1）云特征参量静止卫星反演技术为人工影响天气以及短时临近预报的研究开辟了一个新领域，值得将研究工作长期开展下去。

（2）通过1个作业季的资料积累，结合上级指导产品，同时利用好中央气象台、省气象台下发的一部分网格化预报产品，实现人工影响天气作业条件预测预报及预警的功能，并逐渐缩小预警区域。

（3）用MATLAB或其他工具对中国气象局人影中心下发的二进制文件进行开发利用，制作本地化产品，下发到县级，甚至直接推送到作业人员的手机终端上。

（4）通过统计分析，总结强对流天气系统发展过程中的阈值，建立作业指标，开发反演产品的报警模块。

参考文献：

[1]李娟,毛节泰,姚展予,等.利用GMS25卫星资料反演云的物理特性及其在人工影响天气中的应用[J]气象学报,2005,(63):47-55.

[2]陈英英,周毓荃,毛节泰,等.利用FY22C静止卫星资料反演云粒子有效半径的试验研究[J].气象,2007,33(4):29-34.

[3]何小东,周毓荃,胡志晋.利用地面资料计算云底高度的种新方法[C].第十五届全国云降水与人工影响天气科学会议暨中国人工影响天气事业50周年纪念大会.第十五届全国云降水与人工影响天气科学会议暨中国人工影响天气事业50周年纪念大会论文集,长春:中国气象学会中国气象科学研究院中国气象局,2008:731-734.

李正平.人工影响天气云特征参量静止卫星反演产品应用初探[J].科学与信息化,2019(6):32-33.