微波遥感热带强对流云的分布与变化特征

论文摘要

强对流云通过对热量、水汽、以及动量的垂直输送在全球气候中扮演着重要的角色。其中云顶高度可达对流层顶的上冲强对流云对对流层与平流层之间的空气交换有重要的影响。热带地区为强对流云的多发带,对热带地区强对流云的发生频率、分布特征和变化特征的定量研究对于了解对流层和平流层内的各种物理过程和化学过程都有重要的意义。微波遥感作为卫星遥感强对流云的新手段,有着可见光和红外遥感不可比拟的优势。微波可以穿入云层,而红外和可见光只能探测到云顶,因此采用微波遥感强对流云可以排除卷云的干扰,另外微波遥感也没有观测时间的限制。在这篇文章中我们改良了由Hong et al.（2005）提出的通过AMSU-B（高级微波探测装置B）的水汽通道观测热带强对流云的算法。AMSU-B的三个水汽通道（183.3±1千兆赫、183.3±3千兆赫、183.3±7千兆赫）位于水汽吸收线183.3千兆赫附近,它们对于云中的冰粒相当的敏感。根据频率为183.3千兆赫的微波在云中和晴空大气中传播的特性和对NOAA16卫星7年（2001年至2007）观测数据的统计分析,我们建立了以AMSU-B的三个水汽通道的亮度温度差为标准的判别热带强对流云与上冲强对流云的新算法。接着,我们运用新的算法对热带地区（北纬30度—南纬30度）的强对流云和上冲强对流云作了定量的分析。根据NOAA16卫星从2001年到2007年的观测数据,我们计算了强对流云在整个热带地区的平均分布和它们的季节分布特征,以及在这7年内的变化趋势。并且进一步的分析了北纬15度到北纬30度、北纬15度到南纬15度以及南纬15度到南纬30度的这三个区域内陆地和海洋上所观测到的强对流云与上冲强对流云的时间序列、季节变化特征和变化趋势。通过我们的分析,可以看到强对流云和上冲强对流云主要位于热带辐合带（ITCZ）,南太平洋辐合区（SPCZ）,位于南纬15度和北纬15度之间的非洲大陆、南美大陆、印度洋和印度尼西亚,而在陆地上所观测到的上冲强对流云要多于海洋上所观测到的上冲强对流云。强对流云和上冲强对流云在北纬15度到北纬30度与南纬15度到南纬30度之间的陆地和海洋上都具有比较显著的季节特征,海洋上的季节特征要弱于陆地上所观测到的季节特征。通过对强对流云与上冲强对流云在2001年到2007年的变化趋势的分析,我们看到在这7年内整个热带地区所观测到的强对流云呈上升趋势,其中陆地上的上升幅度要高于海洋上所观测到的;而上冲强对流云的整体变化趋势并不是很强,在海洋上都呈弱下降趋势。其中在北纬15度到南纬15度之间,强对流云在陆地上呈强上升趋势最高,约为0.663% /十年。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 云在全球气候中扮演的角色
• 1.2 被动遥感技术在云冰遥感中的运用
• 1.3 论文内容概要
• 2 云的物理特征
• 2.1 云的分类
• 2.2 云的宏观特征
• 2.2.1 层云
• 2.2.2 淡积云与中积云
• 2.2.3 浓积云
• 2.2.4 积雨云
• 2.3 一些重要的识云高度
• 2.3.1 抬升凝结高度和对流凝结高度
• 2.3.2 自由对流高度
• 2.4 云的形成原理
• 2.4.1 云滴的形成过程
• 2.4.2 冰滴在云中的作用
• 2.5 积云的微结构
• 3 微波辐射在大气中的传导
• 3.1 气体对微波的吸收
• 3.2 水凝物对微波辐射传播的影响
• 3.2.1 水凝物单体的吸收和散射作用
• 3.2.2 云和雨对微波的散射和吸收
• 4 数据说明
• 5 运用 AMSU-B 水汽通道探测强对流云的算法改进
• 5.1 理论模式
• 5.2 G. Hong 的算法
• 5.3 算法分析
• 5.4 新算法的提出
• 5.5 强对流云的亮度温度特征
• 6 热带强对流云和上冲强对流云的分布特征以及它们的年际变化
• 6.1 强对流云的地理分布特征
• 6.2 2001-2007 强对流云的变化特征
• 6.3 强对流云的季节变化特征
• 7 小结
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文