中国区域不同被动传感器冰云特性的对比评估

发布时间：2020-08-28 15:19

　　冰云的水平分布会影响地球-大气辐射系统,造成辐射收支平衡差异,同时导致区域性环境变化,是理解气候不确定性的主要来源。为了评估不同被动极轨卫星传感器冰云资料差异,找出与冰云实际特征更加接近的产品,提高云区卫星资料利用率,本文选取2013年1月-2015年12月MODIS、AIRS、AIRS/AMSU-A三级产品资料,以DARDAR二级主动产品为参照,以中国陆面及海域冰云特性整体水平迁移变化、小尺度范围数值大小和三年时间段时间规律为研究条件,根据云热力学相态和卫星资料计算得出冰云发生概率、冰云光学厚度、冰云有效粒子半径和冰云云顶温度,对比分析四种资料冰云特性在不同研究条件下的差异,得出如下结论:四种资料的冰云发生概率反演结果都符合中国内陆随纬度增大而增大,海面随纬度增大而减小的趋势。选取MODIS传感器描述中国冰云发生概率的整体变化更合理;在所有中国内陆小尺度区域,AIRS/AMSU-A的数值大小更接近DARDAR资料,对于中国东部海域可以选取MODIS,而南海海域依旧是AIRS/AMSU-A效果更佳;无论是内陆还是海域,冰云发生概率的三年变化、季节规律都宜选取MODIS被动传感器。DARDAR资料反演的中国及周边区域冰云光学厚度在2-8之间,AIRS和AIRS/AMSUA集中在4-6内,MODIS产品大部分在6-16之内,少许甚至达到了20。中国内陆冰云光学厚度呈现南方偏大,北方偏小的特点,且海面平均稍大于陆面。适宜选取AIRS/AMSUA资料描述中国冰云光学厚度整体水平分布;冰云光学厚度小尺度范围数值变化在中国内陆和东部海域,融合微波的AIRS/AMSU-A更接近DARDAR资料,而南海海域则是MODIS更佳;中国区域AIRS和AIRS/AMSU-A资料冰云光学厚度时间变化幅度都过小,在3-5间波动,MODIS传感器更接近主动产品。AIRS、AIRS/AMSU-A和DARDAR资料中国内陆区域冰粒半径变化情况呈南方偏高,北方偏低,MODIS相反呈西南偏小、东北偏大。海域冰粒半径数值比内陆稍小,尤其是南部海域。宜选取AIRS传感器分析中国内陆及海域冰云有效粒子半径的整体分布;在所有小尺度区域内冰粒半径的数值大小研究上,MODIS被动传感器均更贴近主动产品;冰云有效粒子半径时间变化依旧是MODIS传感器最接近主动产品,在中国内陆融合微波技术的AIRS/AMSU-A可以提升红外信号冰粒半径时间规律的反演效果。从中国南海到内陆北部,DARDAR冰云云顶温度呈现先增大后减小的趋势,南海海域较小为210K左右,西南区域、南部、华中等偏大可达245K,内陆北部又偏小为235K左右。全国范围内冰云云顶温度的整体变化选取AIRS传感器更合适;不同小尺度区域数值研究,适宜选取的被动传感器各异:西北、青藏高原、南方、南海海域适宜选取AIRS传感器,而北方、西南、东部海域区域则MODIS更接近DARDAR资料;MODIS适合研究中国区域云顶温度的年变化,分析总体时间趋势,而季节性特征则是AIRS被动传感器效果更佳。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P412.27;P426.5
【部分图文】：

技术路线图,技术路线,冰云,被动传感器

第二章为资料与方法，详细介绍了本文用到的各种卫星传感器资料，同时列出理及绘图分析所用的计算方法。第三章，不同被动传感器中国陆地及海域冰云大范围分布特征，具体分为冰云率、冰云光学厚度、冰云有效粒子半径和冰云云顶温度四个小部分，对比得出更述各项冰云参数的被动传感器，并分析差异原因，用 DARDAR 资料加以验证。第四章，不同被动传感器中国陆地及海域冰云小尺度区域数值大小对比研究，章相同，分为冰云发生概率、冰云光学厚度、冰云有效粒子半径和冰云云顶温度部分，得到每个小区域数值大小上更为接近的 DARDAR 产品的被动传感器。第五章，不同被动传感器中国地区连续 3 年时间变化趋势，将三种被动传感器得冰云特性在陆地及海域的时间变化规律与 DARDAR 资料整合，评估出更适合传感器。第六章，结论与展望，总结出本研究所得结论，并提出研究的创新特色和不足之以后重点研究问题及方向给出建议。

序列,海洋区域,划分图,经纬度

用 MODIS、AIRS 及 AIRS/AMSU-A 被动传感器三级产品资料，验证级产品，所选时间序列为 2013 年 1 月-2015 年 12 月，以 0°-55°N，72，三者与 DARDAR 资料一致，插值成 2°×2°数据。此外，本文将四种资料整合，得出全天平均数据，描述冰云宏微观性质。四章中会具体研究不同被动传感器冰云特性小尺度区域数值大小的此，需要将中国陆地及海洋分成不同区域，本文参考李特等人的研究.1 所示。陆地区域共划分了 5 个小尺度范围，而海域则划分了 2 个，）经纬度为 37°-50°N、73°-108°E，L2（北方区域）经纬度为 37°-54°N青藏高原区域）经纬度为 27°-37°N、75°-98°E，L4（西南区域）经98°-108°E，L5（南方区域）经纬度为 22°-37°N、108°-122°E；S1（东海2°-37°N、122°-130°E，S2（南海区域）经纬度为 3°-22°N、108°-121

散点图,冰云,发生概率,被动传感器

图 3.1 2013 年 1 月-2015 年 12 月中国及周边区域不同被动传感器平均冰云发生概率散点图((a)、(b)、(c)分别为 MODIS、AIRS、AIRS/AMSU-A 与 DARDAR 资料拟合情况）Fig.3.1 Scatter plot of iceclouds average occurrencefrequency of different passivesensor in China andsurrounding areas from JAN 2013 to DEC 2015 ((a), (b), and (c) arethefitting linear of MODIS, AIRS,AIRS/AMSU-A to DARDAR data, respectively)3.1.2 不同传感器中国及周边区域水平分布对比四种资料中国内陆及海域冰云发生概率 3 年平均水平分布如图 3.2(a)、(b)、(c)、(d)所示，依次为 MODIS、AIRS、AIRS/AMSU-A 及 DARDAR 资料，总体上四种资料中国内陆区域的冰云发生概率均呈现随纬度增加而增大的趋势，且东部区域稍大于西部，对于南海区域，自南向北四种资料都逐渐减小，且海域冰云发生概率总体上比内陆大，这种冰云发生概率的全国区域变化趋势和杨冰韵等人用 CloudSat 主动卫星的反演结果相

【参考文献】