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云的垂直非均一性对卫星3.7μm通道反射率的影响研究

刘浩  
【摘要】:云的宏微观物理特性在空间和时间上差异很大。卫星是云监测的主要手段,通过反演还可得到云粒子有效半径等很多云特性参数。云参数对真实云结构的反应能力直接关系到这些参数的应用的准确性。细致了解云的微物理特征参量不仅有助于对全球气候变化的研究,有助于对天气系统的精细化分析预测,有助于对人工影响天气可播区和播云效果的判定,同时对认识人类活动对环境造成的影响也十分重要。 卫星3.7μm通道被广泛用于反演云粒子有效半径。本文定量地研究了云的有效粒子半径、光学厚度等参数垂直非均匀分布时对FY-3A卫星3.7μm通道反射率的影响。基于SBDART辐射传输模式,分别计算了有效粒子半径垂直分层均一分布和垂直连续变化分布下的3.7μm反射率,计算了把有效粒子半径垂直连续分布的云当做垂直均一云进行反演时的误差。结果表明对于有效粒子半径垂直分层均一分布的云,当光学厚度比较大时,只有靠近云顶的“浅层”(有效辐射层,其光学厚度约为3-6)的云参数变化才‘能对3.7μm反射率产生影响。这说明在用3.7μm通道反演云粒子有效半径时只能反演到云顶部粒子的有效半径,而不能反演云底部粒子的有效半径。有效辐射层的光学厚度与云上层有效粒子半径、太阳天顶角、卫星天顶角等因素呈反相关,与相对方位角无必然联系。对于有效粒子半径垂直连续变化分布的云,当云比较薄(光学厚度小于10)时,如果把有效粒子半径垂直非均一的云当作垂直均一的云进行反演,会出现一定的误差,该误差与光学厚度呈反相关,与云顶与和云底有效粒子半径的差值呈正相关。当云足够厚(光学厚度大于10)时,该误差小于10%,可以认为此处云粒子垂直结构的变化对3.7μm通道反射率没影响。另外,云底和云顶有效粒子半径之差的绝对值一样时,把云底有效粒子半径大于云顶的云当作有效粒子半径垂直均一的云进行反演时的误差比把云底有效粒子半径小于云顶的云当作有效粒子半径垂直均一的云进行反演时的误差更大。 鉴于3.7μm波段主要反应云顶部粒子的信启、,本文还利用FY-3A的其它波段反演了粒子有效半径。基于在水汽吸收波段,云的反射率主要依赖于云粒子大小的原理,利用SBDART辐射传输模式和FY-3A所提供的1.64μ m、2.13μ m和3.7μm三个通道探测数据分别反演了水云有效粒子半径。结果表明:1.64μm、2.13μm和3.7μm三个通道探测的云的反射率依次降低,1.64μ m、2.13μm通道对大粒子的敏感性较高,3.7μm通道在光学厚度较小时敏感性好;通过利用2.13μm、3.7μm通道反射率及有效粒子半径产品分析了污染对海洋层积云微物理结构的影响,并与MODIS有效粒子半径产品进行比较,相关性系数达到0.843。


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