人工影響天氣云特征參量靜止衛(wèi)星反演產(chǎn)品應(yīng)用初探

摘 要 由于云的性質(zhì)在時(shí)間和空間上差異很大，若能細(xì)致了解云的微物理特征，不僅有助于對(duì)天氣系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，更有助于對(duì)人工影響天氣的作業(yè)條件和效果檢驗(yàn)研究，本文對(duì)靜止氣象衛(wèi)星4種反演產(chǎn)品的基本特征進(jìn)行了分析，并提出了4點(diǎn)設(shè)想。

關(guān)鍵詞 云特征;衛(wèi)星;反演產(chǎn)品;初探

引言

利用人工影響天氣云降水特征參量靜止衛(wèi)星反演系統(tǒng)，對(duì)我國(guó)FY2C/D/E/F靜止氣象衛(wèi)星探測(cè)資料、L波段探空秒數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合反演，得到一組同云系人工影響天氣作業(yè)條件直接相關(guān)的云降水宏微觀物理特征參數(shù)。目的是利用這些云系物理特征參數(shù)，對(duì)人工影響天氣作業(yè)提供指導(dǎo)，也可為云系變化的監(jiān)測(cè)和短時(shí)臨近精細(xì)天氣預(yù)報(bào)提供幫助。目前發(fā)布的云參數(shù)反演產(chǎn)品主要有7種，包括云黑體亮溫、云頂高度、云頂溫度、云體過(guò)冷層厚度等4種宏觀參量和云光學(xué)厚度、云粒子有效半徑、液水路徑等3種微觀參量。本文選其中4種進(jìn)行介紹。

產(chǎn)品空間分辨率：采用0.05°×0.05°衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算，產(chǎn)品空間分辨率為5公里。目前，反演產(chǎn)品每1小時(shí)發(fā)布一次，發(fā)布時(shí)間比對(duì)應(yīng)時(shí)次的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間延后約60分鐘。

1產(chǎn)品的基本特征

1.1 黑體亮溫（TBB）

衛(wèi)星觀測(cè)的下墊面物體（這里是云頂）的亮度溫度，亮度溫度是指和被測(cè)物體具有相同輻射強(qiáng)度的黑體所具有的溫度，或者說(shuō)物體在同一波長(zhǎng)下的光譜輻射強(qiáng)度與黑體光譜輻射強(qiáng)度相等時(shí)的黑體溫度。亮度溫度通常低于物體的真實(shí)溫度。

在夏季，TBB中心值的降低的情況下，中尺度對(duì)流系統(tǒng)會(huì)不斷發(fā)展加強(qiáng)（云頂亮溫低，云頂則高），會(huì)給所經(jīng)過(guò)的區(qū)域造成暴雨、雷電、短時(shí)大風(fēng)、短歷時(shí)強(qiáng)降水等災(zāi)害性天氣;TBB值的變化對(duì)降雨量有一定的指示作用。

TBB資料的時(shí)空分辨率高，利用每小時(shí)一次的亮溫資料，可以動(dòng)態(tài)反映云的演變過(guò)程，能夠較好地反映強(qiáng)天氣系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展和消亡，尤其是能定量指示對(duì)流云的發(fā)展高度，通過(guò)分析TBB資料，可以反映強(qiáng)對(duì)流天氣臨近預(yù)警的關(guān)鍵區(qū)和關(guān)鍵指標(biāo)。在少云或無(wú)云區(qū)，其值一般為>0℃的較高值，云區(qū)中則相反。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，如果是強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)展，云頂亮溫會(huì)達(dá)到-60℃以下，有時(shí)會(huì)達(dá)到-100℃以下，云頂亮溫越低說(shuō)明云頂越高，對(duì)流就越旺盛，為了最大限度地發(fā)揮云頂亮溫值的作用;平均亮溫逐漸降低時(shí)，表明云處于發(fā)展階段。因此，可以考慮將楚雄州分為幾個(gè)關(guān)鍵區(qū)，當(dāng)某一關(guān)鍵區(qū)出現(xiàn)-60℃亮溫或者一小時(shí)內(nèi)亮溫的變化超過(guò)-20℃，則向這一關(guān)鍵區(qū)的人影指揮員發(fā)出警示，提醒人影指揮員加強(qiáng)雷達(dá)監(jiān)測(cè)，作業(yè)點(diǎn)做好作業(yè)準(zhǔn)備。可以通過(guò)對(duì)云頂亮溫的統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)行作業(yè)指標(biāo)的進(jìn)一步研究[1]。

云頂亮溫指標(biāo)有可能隨著季節(jié)月份的不現(xiàn)而變化，在今后的研究中要加以注意;同時(shí)也要注意云頂亮溫的日變化。

1.2 云頂高度（Ztop）。指云頂相對(duì)地面的距離

有研究表明，衛(wèi)星反演云頂高與多普勒雷達(dá)回波頂高有較好的正相關(guān)關(guān)系，但并不完全相等，其相關(guān)系數(shù)還有待進(jìn)一步研究;衛(wèi)星云頂高反應(yīng)的是積層混合云和層狀云頂部粒子的輻射特性，而回波頂高主要體現(xiàn)的是云中下部較大降水粒子對(duì)雷達(dá)回波的衰減，從這一點(diǎn)而言，衛(wèi)星反演云頂高更能反映云頂高度的真實(shí)情況，將云頂高度結(jié)合雷達(dá)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，對(duì)中小尺度天氣產(chǎn)品做出判斷。

有研究表明：反演的云頂高度在靠近雷達(dá)站的位置一般略高于雷達(dá)回波頂高，但隨著離雷達(dá)站距離的增加，前者與后者差值將增大。將圖2與圖3進(jìn)行對(duì)比，圖2可以看出昆明北部有5-6km的云層，但圖3并不能反映出來(lái)。體現(xiàn)出反演云頂高度相對(duì)于雷達(dá)的優(yōu)越性[2]。

1.3 云頂溫度。指云頂所在高度的溫度

強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前，云頂溫度和水汽溫度會(huì)逐漸下降，結(jié)合水汽溫度，可以提前1小時(shí)預(yù)報(bào)強(qiáng)對(duì)流天氣。

將衛(wèi)星反演云頂溫度與同一時(shí)次的衛(wèi)星云圖比較，可以更清晰地看出云體之間的邊界和對(duì)流發(fā)展情況， 為人工影響天氣及短臨預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

1.4 云體過(guò)冷層厚度（Hsc）

指0℃層到云頂之間的厚度，單位為千米（km）?？捎糜诹私庠葡道渑拼怪苯Y(jié)構(gòu)配置。蘭州以南的云體過(guò)冷層厚度更加深厚且面積更大，可以結(jié)合其演變過(guò)程和雷達(dá)實(shí)況做出更精準(zhǔn)的分析，是十分有用的輔助工具[3]。

2幾點(diǎn)設(shè)想

（1）云特征參量靜止衛(wèi)星反演技術(shù)為人工影響天氣以及短時(shí)臨近預(yù)報(bào)的研究開(kāi)辟了一個(gè)新領(lǐng)域，值得將研究工作長(zhǎng)期開(kāi)展下去。

（2）通過(guò)1 個(gè)作業(yè)季的資料積累，結(jié)合上級(jí)指導(dǎo)產(chǎn)品，同時(shí)利用好中央氣象臺(tái)、省氣象臺(tái)下發(fā)的一部分網(wǎng)格化預(yù)報(bào)產(chǎn)品， 實(shí)現(xiàn)人工影響天氣作業(yè)條件預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及預(yù)警的功能，并逐漸縮小預(yù)警區(qū)域。

（3）用MATLAB或其他工具對(duì)中國(guó)氣象局人影中心下發(fā)的二進(jìn)制文件進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，制作本地化產(chǎn)品，下發(fā)到縣級(jí)，甚至直接推送到作業(yè)人員的手機(jī)終端上。

（4）通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中的閾值，建立作業(yè)指標(biāo)，開(kāi)發(fā)反演產(chǎn)品的報(bào)警模塊。

參考文獻(xiàn)

[1] 李娟，毛節(jié)泰，姚展予，等.利用GMS25衛(wèi)星資料反演云的物理特性及其在人工影響天氣中的應(yīng)用[J]氣象學(xué)報(bào)，2005，（63）：47-55.

[2] 陳英英，周毓荃，毛節(jié)泰，等.利用FY22C靜止衛(wèi)星資料反演云粒子有效半徑的試驗(yàn)研究[J].氣象，2007，33（4）：29-34.

[3] 何小東，周毓荃，胡志晉.利用地面資料計(jì)算云底高度的種新方法[C].第十五屆全國(guó)云降水與人工影響天氣科學(xué)會(huì)議暨中國(guó)人工影響天氣事業(yè)50周年紀(jì)念大會(huì).第十五屆全國(guó)云降水與人工影響天氣科學(xué)會(huì)議暨中國(guó)人工影響天氣事業(yè)50周年紀(jì)念大會(huì)論文集，長(zhǎng)春：中國(guó)氣象學(xué)會(huì)中國(guó)氣象科學(xué)研究院 中國(guó)氣象局，2008：731-734.

作者簡(jiǎn)介

李正平（1972-），男，云南武定人;農(nóng)藝師，現(xiàn)就職單位：云南省武定縣氣象局，研究方向：長(zhǎng)期從事基層農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣和農(nóng)業(yè)氣象研究工作。