分裂窗差值法晴空區(qū)導(dǎo)風(fēng)的數(shù)值模擬與實例研究

分裂窗差值法晴空區(qū)導(dǎo)風(fēng)的數(shù)值模擬與實例研究擁有時間上和空間上可靠的風(fēng)場資料,在氣象業(yè)務(wù)工作和科學(xué)研究中至關(guān)重要。為了進(jìn)一步彌補(bǔ)目前常規(guī)的衛(wèi)星云導(dǎo)風(fēng)技術(shù)在晴空區(qū)的缺憾,給天氣業(yè)務(wù)分析與研究提供連續(xù)性更好、數(shù)量更多的大氣風(fēng)向風(fēng)速資料,進(jìn)行晴空區(qū)導(dǎo)風(fēng)方法研究很有必要。靜止氣象衛(wèi)星熱紅外通道能夠探測到晴空區(qū)域內(nèi)由大氣水汽、氣溶膠等物質(zhì)含量分布不均所導(dǎo)致的微弱的紋理信息,追蹤水汽和氣溶膠紋理的移動便可反演出晴空區(qū)風(fēng)場。然而這一信號很容易受地表溫度變化的影響,需使用合適的算法來減弱地表溫度干擾、提取微弱的示蹤物信號。圍繞示蹤物提取并進(jìn)行晴空導(dǎo)風(fēng)這一目的,本文進(jìn)行的研究工作和結(jié)果如下：結(jié)合大氣輻射傳輸方程,本文給出分裂窗差值算法的詳細(xì)理論,為進(jìn)一步深入開展衛(wèi)星紅外云圖晴空區(qū)導(dǎo)風(fēng)研究提供理論依據(jù)。該理論表明衛(wèi)星探測器接收到的紅外輻射由地表發(fā)射后經(jīng)大氣消光后到達(dá)衛(wèi)星傳感器的輻射和大氣發(fā)射的紅外輻射兩部分構(gòu)成,在窗區(qū)波段,衛(wèi)星觀測到的單通道信息主要是透過大氣層到達(dá)衛(wèi)星的地表發(fā)射輻射,即窗區(qū)單通道亮溫值主要體現(xiàn)地表信息。而10.5-12.5微米大氣窗區(qū)FY-2IR1和IR2兩通道構(gòu)成分裂窗通道,這兩個通道輻射亮溫的差值由地表溫度、大氣溫度廓線、吸收氣體的密度與吸收氣體在分裂窗兩通道的吸收系數(shù)差異決定,且分裂窗差值圖像紋理主要體現(xiàn)吸收氣體的含量分布特征。結(jié)合靜止氣象衛(wèi)星FY-2E分裂窗觀測通道的光譜響應(yīng)函數(shù),本文利用大氣輻射傳輸模式MODTRAN4進(jìn)行模擬計算,根據(jù)結(jié)果定量分析了不同大氣環(huán)境下,各項因素對FY-2E星載輻射計紅外分裂窗通道觀測亮溫度產(chǎn)生的影響,主要分析地表特征、大氣中吸收物質(zhì)含量這兩部分對觀測亮溫的影響,以及大氣中吸收物質(zhì)含量的主要影響高度,并且利用MODTRAN4進(jìn)行亮溫圖像的模擬,定量分析地表特性變化和大氣中的吸收物質(zhì)分布變化對分裂窗差值圖像紋理的影響,進(jìn)行分裂窗差值法提取微弱信號以進(jìn)行風(fēng)場反演的可行性研究。數(shù)值模擬計算的結(jié)果表明,使用分裂窗差值法可以削弱地表對紅外圖像上示蹤物信號紋理(水汽和氣溶膠的分布)的影響,突出了示蹤信號的紋理特征,證明了分裂窗差值法的可行性與優(yōu)越性。且在不同大氣條件下,不同高度層的水汽含量變化對亮溫影響最大的高度層均在800hPa左右,氣溶膠對大氣低層的影響較大。根據(jù)分裂窗差值算法理論,選取實際個例,結(jié)合晴空區(qū)導(dǎo)風(fēng)的計算流程,進(jìn)行實例應(yīng)用分析,并將導(dǎo)風(fēng)結(jié)果與NCEP再分析資料的低層風(fēng)場進(jìn)行對比,驗證該算法的導(dǎo)風(fēng)應(yīng)用效果。實例應(yīng)用效果的分析結(jié)果也表明,使用分裂