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FY-4A AGRI熱紅外通道輻射定標(biāo)的精確外場評估

Fengyun-4A（FY-4A）衛(wèi)星是2016年12月11日發(fā)射的我國新一代對地靜止氣象衛(wèi)星，它配備了先進的成像儀和測深儀，可提供高時空和光譜分辨率的探測信息，用于天氣氣候相關(guān)的監(jiān)測、預(yù)警和預(yù)報。多通道掃描成像輻射計（AGRI）是FY-4A衛(wèi)星平臺掛載的關(guān)鍵輻射成像儀器，重點用于云觀測，并利用高時間分辨率的特征進行天氣過程追蹤。AGRI的紅外輻射通道具有全光路的星上紅外定標(biāo)系統(tǒng)，與FY-2上的紅外可見自旋掃描輻射計（VISSR）相比，無論在定量標(biāo)定、成像速度和空間分辨率方面均有了顯著改善。FY-4A AGRI的在軌運行狀態(tài)和星上輻射定標(biāo)水平的精確評估，對紅外通道產(chǎn)品應(yīng)用具有重大意義。

國家衛(wèi)星氣象中心與中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院等在2019年8月14—22日于青海湖地區(qū)開展了聯(lián)合外場定標(biāo)試驗，首次使用無人艇配備紅外輻射計（CE312）進行湖面水溫連續(xù)觀測，避免了常規(guī)大船走測的湖面波動影響；并在同步定標(biāo)場附近布設(shè)近地面氣象參數(shù)、氣溶膠光學(xué)厚度、大氣廓線等參數(shù)觀測儀器，獲得了實時的大氣狀態(tài)，結(jié)合大氣輻射傳輸模擬（MODTRAN 4.3）手段分析評估了同步試驗時刻的大氣狀況對紅外通道輻射的影響；分析中使用大氣輻射傳輸模擬的光譜匹配方法，減少地面儀器與衛(wèi)星傳感器的光譜響應(yīng)匹配差異導(dǎo)致的亮溫偏差。經(jīng)過15組同步試驗數(shù)據(jù)分析，中科院空天信息創(chuàng)新研究院的胡永紅等發(fā)現(xiàn)FY-4A-AGRI在8月18日的12和13熱紅外通道的平均溫度偏差為0.12 K和0.61 K，在8月20日的亮溫偏差減小到-0.01 K和-0.48 K。該試驗結(jié)果滿足了FY-4A-AGRI定標(biāo)精度需求（1K@300K），表明目前AGRI紅外通道具有較好的定標(biāo)精度，且工作狀況良好。定標(biāo)試驗的不確定性分析發(fā)現(xiàn)大氣狀況差異是影響透射率和程輻射率的關(guān)鍵因素，其中湖面風(fēng)速的變化、云層覆蓋及云邊對亮溫消減的空間效應(yīng)需要在實際工作中充分考慮。

來源：Hu Y, Zhang Y, Yan L et al. Evaluation of the radiometric calibration of FY4A-AGRI thermal infrared data using Lake Qinghai. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2020, doi:10.1109/TGRS.2020.3037828.

（■ 侯美亭 編譯）

凝結(jié)潛熱釋放對溫帶氣旋相對渦度傾向的影響

潛熱釋放的作用在溫帶氣旋的研究中一直是研究的重點。江蘇省氣象臺沈陽等以一個產(chǎn)生極端降水的溫帶氣旋為研究對象，基于全型渦度方程，計算了凝結(jié)潛熱釋放對氣旋相對渦度傾向的貢獻。結(jié)果表明，對流凝結(jié)潛熱加熱率最大可達穩(wěn)定凝結(jié)潛熱加熱率的40倍。兩類潛熱加熱中心均位于700 hPa以上，加熱率垂直梯度在對流層低層為正，因而在加熱中心下方形成正渦源中心。對流凝結(jié)潛熱垂直梯度引發(fā)的渦度傾向比穩(wěn)定凝結(jié)潛熱高出1個數(shù)量級。雖然總的凝結(jié)潛熱水平梯度引發(fā)的渦度傾向可以貢獻氣旋渦度實際增長值的65%，但對流凝結(jié)潛熱垂直梯度的貢獻高達其2倍。凝結(jié)潛熱釋放不僅能夠直接引發(fā)渦度傾向，亦可通過改變位溫梯度，進一步造成渦度傾向。

從700 hPa對流凝結(jié)潛熱垂直梯度引起的渦度傾向圖中可知，氣旋生成初期到最大降水時期，對流凝結(jié)潛熱引起的氣旋中心渦度傾向不穩(wěn)定，對氣旋中心渦度增長幾乎沒有貢獻。然而，在氣旋向東移動的過程中，6 h內(nèi)對流潛熱產(chǎn)生的渦度與相同時間內(nèi)切變線渦度增長的速率達到相同甚至更大的數(shù)量級。在與凝結(jié)潛熱垂直梯度相關(guān)的渦度增長過程中，對流分量占絕對優(yōu)勢。

D2 研究區(qū)中700 hPa 風(fēng)矢量（單位：m/s）、相對渦度（等值線；單位：10-5 s-1）和渦度傾向（陰影；單位：10-10 s-2）與對流凝結(jié)潛熱垂直梯度的關(guān)系

來源：Shen Y, Sun Y, Liu DY. Effect of condensation latent heat release on the relative vorticity tendency in extratropical cyclones: a case study. Atmospheric and Oceanic Science Letters, 2020, 13(4): 275-285, doi:10.1080/16742834.2020.1750942.

（■ 張萌 編譯）