不同衛(wèi)星云頂高度反演比較

1、不同衛(wèi)星云頂高度反演比較本文主要研究A-Train衛(wèi)星群中cloudsat衛(wèi)星和calipso衛(wèi)星觀(guān)測(cè)得到的衛(wèi)星 云頂高度信息，通過(guò)衛(wèi)星資料反演得到各自云量，云頂/底高度，云的層數(shù)等云 的信息，分別比較兩種衛(wèi)星在云觀(guān)測(cè)方面的靈敏度，準(zhǔn)確性，可靠性及對(duì)未來(lái) 天氣預(yù)測(cè)的指導(dǎo)能力，并分析了 cloudsat衛(wèi)星及calipso衛(wèi)星各自的優(yōu)勢(shì)及劣 勢(shì)，山此讓我們對(duì)兩種衛(wèi)星在觀(guān)測(cè)系統(tǒng)中的地位及所起的作用有更加直觀(guān)正確 的認(rèn)識(shí)。主要利用2010年12月份calouast 2B-GEOPROF-LIDAR衛(wèi)星資料及 calipso CAL_LI_L2_ 05kmclay-prov-V3-01 衛(wèi)星資料，針對(duì)

2、蘭州市(36.04N0 , 103.51° E)及周邊地區(qū)云頂高度信息進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，calipso衛(wèi)星 負(fù)載的CALIOP對(duì)云粒子觀(guān)測(cè)具有更強(qiáng)的靈敬度，有利于對(duì)光學(xué)厚度較小的中 高層云的探測(cè)。而cloudsat負(fù)載的CPR對(duì)于光學(xué)厚度較大的云系或者是多層云 系具有更佳的探測(cè)能力。綜上所述，針對(duì)不同類(lèi)型的云系、在不同的探測(cè)高 度兩者具有不同的探測(cè)優(yōu)勢(shì)，如果我們可以將兩者的觀(guān)測(cè)結(jié)果結(jié)合起來(lái)，優(yōu)勢(shì) 互補(bǔ)，我們將能夠獲得更加精細(xì)和準(zhǔn)確的云探測(cè)信息。關(guān)鍵詞：cloudsat衛(wèi)星；calipso衛(wèi)星；云頂高度；比較第一章引言1.1云頂高度大氣中的云參數(shù)對(duì)于大氣物理及氣候研究具有非常重

3、要意義，并且準(zhǔn)確的 云頂高度信息對(duì)于強(qiáng)對(duì)流天氣的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)航空飛行安全保障等具有重要意 義。一方面，云將到達(dá)大氣層頂?shù)奶?yáng)短波輻射反射回太空，對(duì)地氣系統(tǒng)起冷 卻作用；另外一方面，地表受到太陽(yáng)輻射加熱后放射出的長(zhǎng)波輻射乂被大氣中的 云截獲，對(duì)地氣系統(tǒng)起加熱作用；其次，云和氣溶膠之間的相互作用導(dǎo)致的直 接和間接輻射強(qiáng)迫的氣候效應(yīng)十分明顯。需要的參數(shù)一般很難山測(cè)量直接得 岀，而必須基于相關(guān)的可測(cè)物理量進(jìn)行反演后才可得出。我們通常通過(guò)分析云 的天基觀(guān)測(cè)方式，發(fā)現(xiàn)云的大氣路徑長(zhǎng)度、云頂氣溫或氣壓以及云組成的微觀(guān) 特性來(lái)進(jìn)行云頂高度的遙感與反演。這項(xiàng)工作的主要忖的是提供一個(gè)自主評(píng)估，這個(gè)評(píng)估是基于衛(wèi)星的觀(guān)

4、測(cè)以 及山cloudsat和calipso衛(wèi)星觀(guān)測(cè)得到云頂高度產(chǎn)品。這兩顆衛(wèi)星都是美國(guó)國(guó)家 寧航局（NASA） 2006年4月28日發(fā)射的。cloudsat衛(wèi)星和calipso衛(wèi)星在同一 軌道上飛行，calipso衛(wèi)星僅落后cloudsat衛(wèi)星約1015 s，它們和另外4顆外星 Aqua,PARASOL和Aura共同組成了 A-Train衛(wèi)星群，而A-Train衛(wèi)星群的形成 使我們有可能探測(cè)到全球云和氣溶膠的垂直結(jié)構(gòu)和物理分布；能夠連續(xù)而且準(zhǔn) 確地獲得所需要的各種物理量，包括云量、云頂高度、云底高度和云的層數(shù)等 信息，從而確定云的性質(zhì)。1.2研究現(xiàn)狀目前，cloudsat/caliposo衛(wèi)星

5、觀(guān)測(cè)已經(jīng)提供了 2006年6月15日以來(lái)的豐富 資料，其中包含多個(gè)標(biāo) 準(zhǔn) 產(chǎn)品，如2B-GEOPROF、2B-GEOPROF-LIDER、 CALIOP V3.01 Level2數(shù)據(jù)，這些資料能較為全面地分析云的特性。其中如2B- GEOGROFY分析云量，云的垂直分布，雷達(dá)反射率垂直結(jié)構(gòu)及云高度的統(tǒng)計(jì) 特征。結(jié)果分析與討論1云量及不同云層數(shù)的發(fā)生頻率根據(jù)本文所用的判別方法，單層云和多層云的統(tǒng)計(jì)只考慮了每條廓線(xiàn)中判 斷得到的云層數(shù)，同時(shí)將激光無(wú)法穿透的云視為不確定單層云或多層云的情 況。在收集的數(shù)據(jù)所在的時(shí)間內(nèi)，單層云和多層云廓線(xiàn)占總時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的廓線(xiàn) 數(shù)的比值當(dāng)做發(fā)生頻率。如圖4.1,在201

6、0年12月期間,cloudsat衛(wèi)星在蘭州 市上空一共觀(guān)測(cè)到有云存在的廓線(xiàn)是6263條，在這些有云存在的廓線(xiàn)中，單層 云占45.15%,二層云占11.98%,三層云占0.38%。將有云的廓線(xiàn)累加起來(lái)，我 們可以得到蘭州上空的云量57.51%。同時(shí)，單層云的廓線(xiàn)占主要部分，單層云 量占總云量的79%。即蘭州上空用Cloudsat觀(guān)測(cè)得到的云以單層云為主體。2平均云頂/云底高度根據(jù)本文所用的云底云頂高度判別方法，同一條廓線(xiàn)會(huì)出現(xiàn)單個(gè)或多個(gè)云 底高度的情況，累積所觀(guān)測(cè)到的云底高度分布的格點(diǎn)數(shù)據(jù)。在激光束無(wú)法穿透 光學(xué)厚云的情況，得不到真實(shí)的云頂高度，所以不予考慮這類(lèi)云的云頂高度和 云幾何厚度。根據(jù)本

7、文圖4.2給出7 cloudsat觀(guān)測(cè)得到的在2010年12月期間總 的平均云底/云頂高度以及單層多層云的平均云底云高，我們發(fā)現(xiàn)蘭州地區(qū)在此 期間的總的平均云頂高度為6324.94m,總的平均云底高度為4511.20m：?jiǎn)螌釉?的平均云頂高度為6232.99m,平均云底高度為4234.02m；二層云的平均云頂高 度為6353.12嗎，云底高度為5004.08m；三層云的云頂高度為5775.10m,平均 云底高度為5129.39m。600040002000*11*layef2匕ytr3*ia>tsrcloud bosc and o<x）d top圖4. 2總的平均云底云髙以及單層云，

8、二層云和三層云的平均云底云高結(jié)論CALIPSO衛(wèi)星負(fù)載的CALIOP對(duì)云粒子觀(guān)測(cè)具有更強(qiáng)的靈敏度，有利于對(duì) 光學(xué)厚度較小的中高層云的探測(cè)。而cloudsat負(fù)載的CPR對(duì)于光學(xué)厚度較大的 云系或者是多層云系具有更佳的探測(cè)能力。但是，山于CALIOP波長(zhǎng)短的特 性，對(duì)于較厚的云層無(wú)法穿透，因此無(wú)法獲得準(zhǔn)確的云底信息。與此同時(shí)， CPR的有更長(zhǎng)的波長(zhǎng)，它彌補(bǔ)了 CALIOP對(duì)云底觀(guān)測(cè)的不足，對(duì)含有較小液滴 的過(guò)冷水云和小冰晶粒子數(shù)濃度較低的冰云的探測(cè)能力不夠強(qiáng)，故cloudsat衛(wèi) 星的探測(cè)精度較calipso衛(wèi)星低。主要原因在于Cloudsat衛(wèi)星負(fù)載的CPR和calipso衛(wèi)星負(fù)載的CALIO

9、P工 作波長(zhǎng)不同，具體參數(shù)詳見(jiàn)表5.1。正是由于工作波長(zhǎng)的不同，兩顆衛(wèi)星對(duì)不同 的云和云中的粒子具有不相同的靈敬度。此外，CPR和CALIOP具有不同的水 平分辨率和垂直分辨率（表5.2）。所以針對(duì)不同的云系、在不同的探測(cè)高 度，CPR和CALIOP具有各自的探測(cè)優(yōu)勢(shì)，如果將兩者的探測(cè)優(yōu)勢(shì)相互補(bǔ)充， 對(duì)二者觀(guān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)融合處理，那么結(jié)合二者的數(shù)據(jù)產(chǎn)品就可以更加準(zhǔn)確地 捕捉到全球云量的分布信息，使我們加強(qiáng)了對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)航空飛 行安全保障的能力。表5. 1 CPR與CALIPSO工作特征參數(shù)特征參數(shù)CALIOPCPR頻率/ gm0.532/1.063200脈沖寬度/HzSO ns3.3/33.3 ps脈沖重復(fù)頻率/W204300/800云粒子散射米散射瑞利散射/米散射云的衰減強(qiáng)弱表52 CPR和CALIOP水平分