APRAMVI算法及氣溶膠間接氣候效應研究中的應用.pdf

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

2、用該算法，對中國近海區(qū)域的氣溶膠間接氣候效應進行了研究。 1.APRAMVI算法 APRAMVI算法由四個子反演算法組成，各子反演算法相互聯(lián)系但技術上相對獨立，分別為： (1)被動微波環(huán)境參數(風速、海溫和水汽)反演算法：基于一個能夠反映微波亮溫和對其產生影響的五種參數(海溫、風速、水汽、云水含量和云溫)之間本質的對數線性關系的輻射傳輸方程，通過TMI五通道亮溫對數線性組合，且無需其它任何輔助資料，實現(xiàn)對風速、海

3、溫和水汽的反演。作為算法的驗證，地基觀測數據和另一種基于TMI觀測結果的反演產品被用于與本算法各環(huán)境參數反演結果的比較。結果表明，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)浮標觀測結果的比較表明，風速(海溫)與實測值之間也僅有-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，各反演參數與RSSTMI逐日產品的格

4、點間(0.25°)差異統(tǒng)計特征也均表現(xiàn)為中值為0左右的準正態(tài)分布。并且，為研究其他參數對反演結果的影響程度，在驗證過程中也按其他參數不同取值對各種反演參數進行了分類比較統(tǒng)計。結果表明，其它參數的變化，不會對反演結果造成太大影響，除了高風速時海溫的反演結果有一定誤差。此外，為了探討算法在氣候研究中的適用性，我們也對各反演參數的全球月平均分布情況進行了研究。結果表明，多年夏季(7月)和冬季(1月)反演參數的全球水平分布與實際情況基本相符，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(風速)和1K(海溫)。 (2)被動微波云參數(云水含量和云溫)反演算法：利用對數線性關系輻射傳輸方程和環(huán)境參數反演算法的結果，對已有的一個云水含量反演框架進行了訂正和改進，實現(xiàn)僅依賴于TMI觀測結果的云水含量和云溫同步反演。驗證結果表明，有云時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、，也與實際大氣相吻合；當無云時，僅有20％的無云像素被誤識為云，并且平均誤差僅為0.01kgm-2；在全球尺度上的格點統(tǒng)計比較方面，反演結果要略低于RSSTMI產品的云水含量(0.007kgm-2)。 (3)綜合被動微波和可見/紅外的云參數(云厚和云高等)反演算法：利用被動微波環(huán)境參數反演算法和被動微波云參數反演算法的結果(海溫和云溫)，并結合VIRS對云項溫度的探測結果，基于一個簡單的云模型實現(xiàn)對云厚和云高的反演。個例驗證的結

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確性。 (4)可見/紅外云光學參數(有效半徑和光學厚度)反演算法：利用VIRS可見光和近紅外通道分別對光學厚度和有效半徑敏感的性質，同步反演這兩個參數(注：該可見/紅外子反演算法技術源于已有文獻，非本文成果)。 2.中國近海氣溶膠間接氣候效應 基于Terra和Aqua衛(wèi)星MODIS氣溶膠產品，對中國中東部地區(qū)氣溶膠的一些物理特性，如氣溶膠類型、光

8、學厚度分布等進行了分析。研究結果表明，春夏季該區(qū)域氣溶膠濃度較大，且在黃海沿岸地區(qū)，由于其位于季風下風向，更多來自中國南部的氣溶膠粒子在此積累，導致該地區(qū)成為光學厚度極值區(qū)。相應地，其近海區(qū)域易出現(xiàn)較強的氣溶膠間接效應。因此，利用APRAMVI算法的云參數反演結果(基于TRMM觀測結果)，結合準同步的MODIS氣溶膠產品，對春夏季中國東部近海區(qū)域的氣溶膠間接效應進行了個例統(tǒng)計研究。結果表明，對于第二類間接效應，無論是單獨的水云，或是全部