APRAMVI算法及氣溶膠間接氣候效應(yīng)研究中的應(yīng)用.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的衛(wèi)星(如TRMM)上搭載有多種高精度觀測(cè)儀器，能夠從各個(gè)角度實(shí)現(xiàn)對(duì)地氣系統(tǒng)不同物理量的同步精確測(cè)量?；谶@些儀器的綜合觀測(cè)結(jié)果，建立和發(fā)展多參數(shù)反演算法，有助于細(xì)致研究各種氣候影響因素的變化及相互關(guān)系。本文利用TRMM上搭載的微波輻射計(jì)(TMI)、可見/紅外掃描儀(VIRS)以及測(cè)雨雷達(dá)(PR)的同步觀測(cè)結(jié)果，建立了一套可用于洋面非降水條件下的全參數(shù)(地表、水汽和多種云參數(shù))同步反演算法-APRAMV，并利

2、用該算法，對(duì)中國(guó)近海區(qū)域的氣溶膠間接氣候效應(yīng)進(jìn)行了研究。 1.APRAMVI算法 APRAMVI算法由四個(gè)子反演算法組成，各子反演算法相互聯(lián)系但技術(shù)上相對(duì)獨(dú)立，分別為： (1)被動(dòng)微波環(huán)境參數(shù)(風(fēng)速、海溫和水汽)反演算法：基于一個(gè)能夠反映微波亮溫和對(duì)其產(chǎn)生影響的五種參數(shù)(海溫、風(fēng)速、水汽、云水含量和云溫)之間本質(zhì)的對(duì)數(shù)線性關(guān)系的輻射傳輸方程，通過TMI五通道亮溫對(duì)數(shù)線性組合，且無(wú)需其它任何輔助資料，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)速、海

3、溫和水汽的反演。作為算法的驗(yàn)證，地基觀測(cè)數(shù)據(jù)和另一種基于TMI觀測(cè)結(jié)果的反演產(chǎn)品被用于與本算法各環(huán)境參數(shù)反演結(jié)果的比較。結(jié)果表明，水汽反演值與探空資料的均值偏差(0.435kgm-2)和均方根誤差(2.593kgm-2)都較?。慌c赤道地區(qū)浮標(biāo)觀測(cè)結(jié)果的比較表明，風(fēng)速(海溫)與實(shí)測(cè)值之間也僅有-0.075ms-1(0.116K)的均值偏差及0.672ms-1(0.665K)的均方根誤差；而在全球尺度上，各反演參數(shù)與RSSTMI逐日產(chǎn)品的格

4、點(diǎn)間(0.25°)差異統(tǒng)計(jì)特征也均表現(xiàn)為中值為0左右的準(zhǔn)正態(tài)分布。并且，為研究其他參數(shù)對(duì)反演結(jié)果的影響程度，在驗(yàn)證過程中也按其他參數(shù)不同取值對(duì)各種反演參數(shù)進(jìn)行了分類比較統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明，其它參數(shù)的變化，不會(huì)對(duì)反演結(jié)果造成太大影響，除了高風(fēng)速時(shí)海溫的反演結(jié)果有一定誤差。此外，為了探討算法在氣候研究中的適用性，我們也對(duì)各反演參數(shù)的全球月平均分布情況進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，多年夏季(7月)和冬季(1月)反演參數(shù)的全球水平分布與實(shí)際情況基本相符，與

5、其他衛(wèi)星反演資料在全球大部分區(qū)域的偏差不超過1ms-1(風(fēng)速)和1K(海溫)。 (2)被動(dòng)微波云參數(shù)(云水含量和云溫)反演算法：利用對(duì)數(shù)線性關(guān)系輻射傳輸方程和環(huán)境參數(shù)反演算法的結(jié)果，對(duì)已有的一個(gè)云水含量反演框架進(jìn)行了訂正和改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)僅依賴于TMI觀測(cè)結(jié)果的云水含量和云溫同步反演。驗(yàn)證結(jié)果表明，有云時(shí)反演的云水含量與基于可見/紅外算法獲得的云水含量在分布上基本一致，均值偏差在0.03kgm-2左右(后者略高)；云溫較海溫低7K左右

6、，也與實(shí)際大氣相吻合；當(dāng)無(wú)云時(shí)，僅有20％的無(wú)云像素被誤識(shí)為云，并且平均誤差僅為0.01kgm-2；在全球尺度上的格點(diǎn)統(tǒng)計(jì)比較方面，反演結(jié)果要略低于RSSTMI產(chǎn)品的云水含量(0.007kgm-2)。 (3)綜合被動(dòng)微波和可見/紅外的云參數(shù)(云厚和云高等)反演算法：利用被動(dòng)微波環(huán)境參數(shù)反演算法和被動(dòng)微波云參數(shù)反演算法的結(jié)果(海溫和云溫)，并結(jié)合VIRS對(duì)云項(xiàng)溫度的探測(cè)結(jié)果，基于一個(gè)簡(jiǎn)單的云模型實(shí)現(xiàn)對(duì)云厚和云高的反演。個(gè)例驗(yàn)證的結(jié)

7、果顯示，冰水混合云的云厚與云高均大于水云，定性表明了算法的合理性和準(zhǔn)確性。 (4)可見/紅外云光學(xué)參數(shù)(有效半徑和光學(xué)厚度)反演算法：利用VIRS可見光和近紅外通道分別對(duì)光學(xué)厚度和有效半徑敏感的性質(zhì)，同步反演這兩個(gè)參數(shù)(注：該可見/紅外子反演算法技術(shù)源于已有文獻(xiàn)，非本文成果)。 2.中國(guó)近海氣溶膠間接氣候效應(yīng) 基于Terra和Aqua衛(wèi)星MODIS氣溶膠產(chǎn)品，對(duì)中國(guó)中東部地區(qū)氣溶膠的一些物理特性，如氣溶膠類型、光

8、學(xué)厚度分布等進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明，春夏季該區(qū)域氣溶膠濃度較大，且在黃海沿岸地區(qū)，由于其位于季風(fēng)下風(fēng)向，更多來(lái)自中國(guó)南部的氣溶膠粒子在此積累，導(dǎo)致該地區(qū)成為光學(xué)厚度極值區(qū)。相應(yīng)地，其近海區(qū)域易出現(xiàn)較強(qiáng)的氣溶膠間接效應(yīng)。因此，利用APRAMVI算法的云參數(shù)反演結(jié)果(基于TRMM觀測(cè)結(jié)果)，結(jié)合準(zhǔn)同步的MODIS氣溶膠產(chǎn)品，對(duì)春夏季中國(guó)東部近海區(qū)域的氣溶膠間接效應(yīng)進(jìn)行了個(gè)例統(tǒng)計(jì)研究。結(jié)果表明，對(duì)于第二類間接效應(yīng)，無(wú)論是單獨(dú)的水云，或是全部