机载微波辐射计测云中液态水含量_反演方法

机载微波辐射计测云中液态含水量Ξ金德镇 雷恒池(吉林省人工影响天气办公室,长春,130062) (中国科学院大气物理研究所,北京,100029)谷淑芳 魏　重(吉林省人工影响天气办公室,长春,130062) (中国科学院大气物理研究所,北京,100029)郑娇恒　张景红　李茂伦　陈知新 沈志来 (吉林省人工影响天气办公室,长春,130062) (中国科学院大气物理研究所,北京,100029)摘 要 文中介绍了2001～2002年4～7月吉林省人工增雨期间,在中国首次进行的机载对空微波辐射计外场飞行观测试验。

观测结果表明,仪器可以灵敏地探测出层状云中垂直路径积分云液态水和过冷水含量及其变化,揭示了在层状云中嵌入的对流区中有丰富的垂直积分过冷水含量,量级可达103g/m2。

与地面雷达PPI回波强度呈正相关。

本文还根据飞机上升(或下降)过程的探测数据,给出了水平均匀的层状云液态含水量的垂直廓线的实例,并进一步讨论了这种方法的应用前景。

关键词:机载微波辐射计,云过冷水,云液水,遥感探测。

1　引　言云中液态含水量是云和降水过程研究的一个极为重要的物理参数,而云中过冷水含量则是人工影响降水需要特别关注的量。

目前,由于测量手段不多,云液水和过冷水含量定量资料十分缺乏。

在已有的探测手段中,比较早发展的是直接探测仪器。

在20世纪40～70年代,用手动含水量仪测量云中液态水含量,主要原理是滤纸色斑法。

这种方法对于人们最初定量研究云中液态水含量起到重要作用。

但是,手工操作的低取样率和烦琐的资料处理方式限制了它的应用,之后,有一些自动记录装置出现[1]。

到目前为止,常用的自记仪器有J W热线含水量仪,K ing-CSIRO热线含水量仪,由PMS生产的FSSP-100测得的粒子浓度推导出的含水量,云滴碰撞-复制仪,还有Rosemount生产的专门用于测量过冷水的结冰探测仪[2]等等。

直接测量的局地准确性高,但是,它的取样体积十分有限,取样代表性不理想。

微波辐射计遥感测量大气水汽含量和液态水含量近年来随着遥感技术在大气物理学领域的发展，被用作大气水汽含量以及液态水含量的测量已经变得更加重要。

在过去，微波辐射计是被广泛应用于大气水汽含量和液态水含量测量的有效工具。

本文主要研究微波辐射计遥感在大气水汽含量以及液态水含量测量的机理和应用。

微波辐射计是一种特殊的遥感仪器，它可以测量大气中的水汽和液态水含量，它能够从不同频率的微波线束获取信号。

微波辐射计同样也可以测量大气中液态水含量，所以它能够同时获取大气水汽和液态水含量的信息。

微波辐射计在大气水汽和液态水测量方面具有许多优势，它可以测量液态水含量和大气水汽含量，而且它的数据收集速度比传统的气象仪器快得多。

另外，微波辐射计的测量数据可以用来反演大气中大气水汽和液态水含量的信息。

反演是指将多源辐射和反射辐射数据转换为地表特性的过程，通过反演，就可以推断大气中大气水汽和液态水含量的数据。

另外，微波辐射计可以提供空间分辨率和深度分辨率很高的测量数据，因此可以更好地反映大气中液态水含量的变化，它们在进行水汽测量方面能够获得更准确的结果。

微波辐射计在大气水汽含量和液态水含量测量方面有很多优势和应用，首先，它可以快速测量大气水汽和液态水含量，不受地形的限制，能够从较远的距离获取信号；其次，它能够提供空间分辨率和深度分辨率更高的测量数据；最后，它可以提供高精度的测量结果，从而使科学家可以更准确地估计大气水汽含量和液态水含量。

因此，微波辐射计遥感测量大气水汽含量以及液态水含量是一项非常重要的研究方向，它具有快速、精确、可靠以及全面覆盖等优点，在大气物理学领域有着广泛的应用。

未来，将延续研究新的微波辐射计算法，以更好地反映大气水汽和液态水含量变化，以期达到更精确的测量结果。

综上所述，微波辐射计遥感测量大气水汽含量和液态水含量的机理和应用非常重要，它被用于不同的大气水汽和液态水物理学研究中，在反演大气中大气水汽和液态水含量的研究领域中也有着重要的应用。

文章编号:100020534(2003)0620551207 收稿日期:2003201220;改回日期:2003204211 基金项目:国家自然科学基金项目(40275002);吉林省人工影响天气开放试验室部分基金共同资助 作者简介:雷恒池(1960—),男,陕西蓝田人,硕士,研究员,主要从事人工影响天气和酸雨方面的研究 E 2mail :leihc @机载微波辐射计测云中液态水含量(I ):仪器和标定雷恒池1,　魏　重1,　沈志来1,　张晓庆1,金德镇2,　谷淑芳2,　李茂伦2,　张景红2(1.中国科学院大气物理研究所,北京　100029;2.吉林省人工降雨防雹办公室,吉林长春　130062)摘　要:简要介绍为研制机载对空测云微波辐射计所做的预研究,结果确认了研制这样的单频机载微波辐射计的可行性,并明确了仪器的技术难点,给出了针对技术难点提出的设计方案和技术指标。

本文还介绍了对仪器进行灵敏度测试的实验方法和结果。

实验室测试和晴空飞行测试表明,在一定的条件下,仪器灵敏度指标达到0.2K;还较详细地介绍了几种实用的标定方法,并讨论了它们的适用范围和不确定性。

关键词:机载微波辐射计;云液水;云过冷水;标定;灵敏度中图分类号:P414文献标识码:A1　引言 云液态含水量是一个极为重要的云物理参数,而云中过冷水含量则是人工影响天气领域中特别关注的量。

目前由于测量的手段不多,已有的手段又各有其局限,结果造成云液态水和过冷水含量定量资料十分缺乏。

在已有的探测手段中,地对空微波辐射计以其高时间分辨率、高探测精度、可无人值守连续工作,以及从混合相态的云中探测出过冷液水的含量等一系列特点,在中小尺度和人工增雨领域得到广泛的应用,成为一种新型的测云液水的工具。

但是,地基仪器难以快速移动,从而限制了它的探测范围,难以满足中小尺度研究的需要。

在20世纪80年代,Robert 等[1]就指出,在飞机上安装遥感仪器是研究中小尺度问题的必然发展趋势。

微波辐射计遥感测量大气水汽含量和液态水含量近年来，随着气象监测技术的发展，微波辐射计遥感由于具有无需气象站仪器实施测量和大范围覆盖能力等优点，在研究大气中水汽含量和液态水含量方面越来越受到重视。

微波辐射计遥感可以采用较大量程和多波段反射率观测大气水汽含量，有利于改进大气水汽传输中的质量及风速场的质量。

因此，在研究大气中的水汽含量和液态水含量方面，微波辐射计遥感具有重要的应用价值。

微波辐射计遥感是利用微波辐射传感器，对大气中的水汽含量和液态水含量进行实时测量的方法。

微波辐射传感器可以直接收集大气中的微波辐射，并且可以精确地计算大气中的水汽含量。

微波辐射传感器的设计具有多种特点，包括探测范围、时间分辨率、空间分辨率和精确程度等。

微波辐射计遥感可以被用于多种应用，包括海洋预报、大气状况预报、气候模型、长期数据收集和分析等。

微波辐射计遥感可以实现多种形式，包括实施固定地点的大气水汽含量和液态水含量，以及实施流动水汽含量和液态水含量的活动测量。

微波辐射计遥感还可以用于像质量、湿度和温度等参数的定期监测和观测，以及其他应用。

当前，微波辐射计遥感技术正在不断发展，可以实现更高的精确度和更好的技术效益。

此外，它还可以实现多种多样的参数的实时监测，可靠性较高。

尽管微波辐射计遥感技术可以实现较高精度的水汽含量和液态水含量测量，但这项技术也具有一定的局限性，包括受到地形和地物的影响，以及时间分辨率和空间分辨率较低等。

因此，在实施微波辐射计遥感测量大气水汽含量和液态水含量时，应该重视这些影响因素，并努力改进技术，以提高测量精度。

同时，应该注意把握好测量精度与投资成本之间的平衡，并加强对大气环境变化的关注，以实现可持续发展。

综上所述，微波辐射计遥感技术在大气水汽含量和液态水含量的测量方面具有重要的应用价值，但它仍然存在许多局限性，因此需要对技术进行改进，以进一步提高其测量精度。

先进技术微波探测仪(ATMS)云液态水路径算法评估
董嫦娇;翁富忠
【期刊名称】《气象学报》
【年(卷),期】2022(80)2
【摘要】云液态水路径是气候和天气系统分析的重要参数,可以从卫星观测资料反演获得。

目前,基于卫星微波探测仪器观测资料的云水算法可由23.8和31.4 GHz 两个通道产生。

本研究使用先进技术微波探测仪(ATMS)观测数据,对物理和经验两种算法反演出的云液态水路径进行验证评估。

结果表明,经验算法和物理算法都可以描述云液态水在全球洋面上的分布,但是在中纬度地区数值差异较大。

物理反演结果与再分析资料以及卫星可见光云图中的云分布更为一致。

在中高纬度地区,经验算法受季节影响较大。

灵敏度分析结果表明,物理算法误差受云层温度、海面温度和风速的影响。

云层温度的不确定性可能是云液态水路径反演误差的主要来源。

海面温度误差影响高液态水路径的反演,风速对低液态水路径的影响比高液态水路径更大。

【总页数】15页(P334-348)
【作者】董嫦娇;翁富忠
【作者单位】南京信息工程大学;中国气象局地球系统数值预报中心;中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】P426
【相关文献】
1.基于云雷达和微波辐射计反演混合云液态水含量的算法
2.利用微波探测仪(ATMS)对在轨微波辐射计观测精度的模拟分析
3.基于云雷达和微波辐射计反演混合云液态水含量的算法
4.洋面云液态水的星载被动微波仪器遥感反演研究进展
5.降水条件下的云雷达与微波辐射计反演液态水含量对比分析
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机载毫米波雷达反演降水性积层混合云暖区液态水含量及其与飞机观测的对比*杨 晓1,2,3 黄兴友4 孙鸿娉1,3 王玉莹4 李培仁5YANG Xiao 1,2,3 HUANG Xingyou 4 SUN Hongping 1,3 WANG Yuying 4 LI Peiren 51. 山西省人工影响天气中心，太原，0300322. 中国气象局云雾物理环境重点开放实验室，北京，1000813. 人工影响天气山西省重点实验室，太原，0300324. 南京信息工程大学大气物理学院，南京，2100445. 山西省气象学会，太原，0300001. Shanxi Weather Modification Center ，Taiyuan 030032，China2. Key Laboratory for Cloud Physics of China Meteorological Administration ，CMA Weather Modification Centre ，Chinese Academy of Meteorological Sciences ，Beijing 100081，China3. Shanxi Key Laboratory of Weather Modification ，Taiyuan 030032，China4. School of Atmospheric Physics ，Nanjing University of Information Science and Technology ，Nanjing 210044，China5. Meteorological Society of Shanxi Province ，Taiyuan 030000，China 2022-12-22收稿，2023-05-18改回.杨晓，黄兴友，孙鸿娉，王玉莹，李培仁. 2023. 机载毫米波雷达反演降水性积层混合云暖区液态水含量及其与飞机观测的对比. 气象学报，81（5）：827-837Yang Xiao ， Huang Xingyou ， Sun Hongping ， Wang Yuying ， Li Peiren. 2023. Retrieval of liquid water content in warm precipitating stratiform-convective clouds from airborne millimeter-wavelength radar and comparison with aircraft observations. Acta Meteorologica Sinica ， 81（5）:827-837Z =2454.71×LWC 1.614Abstract Liquid Water Content (LWC) is a key variable of clouds and has great implication for understanding cloud microphysical processes and validating weather modification . However, the application of relationships between reflectivity (Z ) and LWC proposed in previous studies is limited . In this study, the reliability of the airborne Ka-band millimeter wavelength cloud radar (Ka-band Precipitation Radar, KPR) and cloud particle detection instruments are validated first . Cloud data collected by the radar and the particle instrument onboard airplane during 2018—2020 are then processed and smoothed within different cloud diameter ranges and radar reflectivity ranges to build a new Z -LWC relationship suitable for precipitating stratiform-convective cloud . The new relationship is , with determination coefficient of 0.995 and root mean squared error (RMSE) is 0.2 g/m 3.Verification shows that the retrieved LWC is consistent with the measurements by the cloud particle detection instruments, and the discrepancy between the retrieval and observations is smaller than that between retrievals by other Z -LWC relationships and observations .Key words Liquid water content ， Retrieval ， Aircraft observation ， Airborne millimeter wavelength cloud radar* 资助课题：国家重点研发计划项目（2019YFC1510301）、中国气象局云雾物理环境重点开放实验室开放课题（2019Z01609）、中央引导地方科技发展资金项目（YDZJSX2021B017）、山西省重点研发计划项目（202202130501020） 、国家自然科学基金项目（42005110）。