【摘要】：全球降水觀測計劃(Global Precipitation Measurement,簡稱GPM)是由美國和日本聯(lián)合提出的繼熱帶測雨衛(wèi)星TRMM之后的新一代全球衛(wèi)星降水觀測計劃,該計劃的主衛(wèi)星已于2014年2月28日發(fā)射升空,其上搭載了全球首部星載雙頻降水測量雷達(Dual-frequency Precipitation Radar,簡稱DPR)和一個多波段微波成像儀(GPM Microwave Imager,簡稱GMI)。目前GPM主衛(wèi)星已成功在軌運行兩年有余,DPR和GMI探測積累了充足的數(shù)據,為我們進一步的深入研究全球降水提供了很好的條件。但是GPM仍然屬于一個比較新的研究領域,目前國內還缺少專門介紹GPM及其產品的文章,我們對于GPM的了解和認識還很不夠,對于GPM降水觀測資料的研究和使用更是匱乏�；诖�,本文首先就GPM及其搭載的主要儀器、GPM產品以及算法等進行了系統(tǒng)的闡述；其次通過個例分析的方法重點對DPR雙波段探測降水的差異進行了研究；最后我們利用DPR和GMI的最新觀測資料對東亞地區(qū)的三個典型降水個例進行了分析研究。我們主要從地表降水強度、雨頂高度、降水雷達回波信號以及降水粒子譜分布這四個方面分析了DPR四種不同的探測方式(Ka_HS、Ka_MS、Ku_NS和DPR_MS)探測降水的差異,主要結論總結如下：(1)DPR雙波段探測的地表降水強度的差異Ka HS探測的地表降水強度小,主要識別的是10 mm/h以下的地表降水,尤其是可以探測到更多的降水強度小于0.4 mm/h的弱降水,這說明KaPR在高靈敏度模式下工作時,對于弱降水的識別具有很大的優(yōu)勢；Ka_MS探測的地表降水強度主要分布在0.4～10 mm/h之間,對大于10 mm/h的降水極不敏感,同時對于0.4 mm/h以下的降水也不能進行很好地識別,說明Ka_MS的探測性能相對較弱；Ku_NS探測到的地表降水強度大,特別是可以很好地識別降水強度大于10 mm/h的降水,對0.4 mm/h以下降水的識別,相比于Ka_HS,效果就不是很好,這說明KuPR單頻降水反演產品中包含強降水的信息更多；DPR_MS雙頻探測的地表降水強度的PDF分布與Ku_NS單頻比較類似,反演結果略小于Ku NS。(2)雨頂高度的差異綜合對比Ka_HS、Ka_MS、Ku_NS和DPR_MS四種不同的探測方式所獲得的雨頂高度,可以發(fā)現(xiàn),Ka_HS探測的雨頂高度最高,Ka_MS探測的雨頂高度最低,而Ku_NS和DPR_MS探測到的雨頂高度十分接近,雨頂高度的大小略小于Ka_HS的探測結果,差別不是很明顯。(3) 降水雷達回波信號的差異對于中國東部和西北太平洋洋面的兩個較強降水個例,尤其是臺風降水個例,Ka HS在超過13 km的高度上依然可以探測到一定的降水回波信號,而在近地面,Ka HS探測到的回波強度達到35dBZ,相比之下,Ku_NS探測的雨頂高度低于13 km,在5 km以下,雷達反射率超過了40 dBZ,而在5 km高度以上15-20 dBZ的雷達反射率所占的比例,Ku_NS也高于Ka_HS。對于兩個較弱降水個例,尤其是阿留申群島附近洋面更為淺薄的降水,Ka_HS基本上探測不到8km以上的回波信號,可探測到的最強回波信號約為35 dBZ,而Ku_NS在3 km以下可探測到超過40dBZ的回波信號,同時Ku_NS探測到的廓線最強回波的回波強度分布在15-45dBZ之間,相比于Ka HS, Ku NS探測到的低層回波強度更大。(4)降水粒子譜分布的差異對降水粒子譜分布的分析表明,對于較強的降水個例,DPR_MS獲得的粒子譜參數(shù)dBNw相對于其它探測方式的反演結果較小,DPR_MS獲得的另一個譜參數(shù)Dm相對較大,同時發(fā)現(xiàn),在5 km高度以下,Ka_HS獲得的粒子譜參數(shù)近似于DPR_MS,而5 km高度以上,Ku_NS和DPR_MS的反演結果比較接近。對于較弱的降水個例,則呈現(xiàn)出與較強降水相反的粒子譜分布態(tài)勢,在3 km高度以下,DPR_MS獲得的dBNw相對較大,Ku_NS的結果更為接近DPR_MS,中體積直徑Dm的分布則與dBNw的分布相反；在3km高度以上,呈現(xiàn)類似的分布,但是不同探測方式獲得的粒子譜參數(shù)之間的差異有所增大�；贒PR雙波段探測降水差異,利用DPR和GMI的最新探測結果,我們選取了三個典型的降水個例(1409號臺風降水、中國東部大陸鋒面降水、中高緯度地區(qū)降水)進行了研究。通過分析取得以下結果：(1)“威馬遜”臺風進入南海后,長時間處于大范圍的高溫海域,受強大的西太平洋副熱帶高壓等系統(tǒng)的影響,在臨近登陸海南島時強度加強,維持超強臺風級別,臺風整體結構趨于緊密,臺風眼圓而清晰可見。對臺風登陸前DPR探測的回波信號和降水三維結構的分析表明,“威馬遜”臺風降水具有不對稱和非均勻性,降水主要分布在臺風中心以南的區(qū)域,臺風云墻和螺旋云帶內分布著多個雨強超過30 mm/h的強雨團和強雨帶,它們鑲嵌在雨強低于10 mm/h的面積較大的層狀云降水中。降水強度和雷達回波的分析結果具有很好的一致性,降水在垂直方向上可以延伸到15 km,但是超過15 mm/h的降水主要還是集中在6 km以下的高度�？梢园l(fā)現(xiàn)DPR的Ku波段可以很好地指示云墻和螺旋云帶內的強對流降水,而Ka波段MS掃描模式對臺風降水的探測性能相對要差很多。另外,對GMI探測的臺風不同階段降水的微波信號的分析表明,高頻通道可以較早地看到清晰的臺風眼和螺旋云帶,同時對陸面降水也有很好地指示作用,183.31±7GHz比89.0 GHz探測結果更加細致,這可能是由于分辨率的提高以及云中大量冰粒子的存在所導致的。(2)我們利用DPR雙頻反演的結果對中國東部鋒面降水個例進行了分析。結果顯示本次鋒面降水主要分布在相對窄長且雨強較大的冷鋒以及較寬的暖鋒上,暖鋒降水強度相對冷鋒較弱,但是在暖鋒降水中還是可以看到多個雨強大于20mm/h的強雨團。鋒面降水雨帶中分布著大量在頂部分離的降水塔,近地面降水率的高值區(qū)對應著較高的降水塔。此外,除了強對流降水雨頂高度可達15 km,大部分降水的雨頂高度都接近10km。同時降水率大的降水多出現(xiàn)在5 km以下,層云降水在降水率剖面圖上表現(xiàn)為5 km高度左右出現(xiàn)的明顯亮帶。DPR的分析結果說明同一個鋒面天氣形勢下,沿鋒線的降雨量也會存在很大差別,有些地方僅僅是小雨,而有些地方則可能會出現(xiàn)暴雨。GMI的觀測結果表明,鋒面降水云中的云水含量極少,而冰水含量卻是相對很大。(3)對中高緯度降水個例的分析表明,此次降水分布十分寬廣,整個降水區(qū)連成一片。在52°～55°N存在一個相對明顯的雨帶,但是降水強度并不大,平均降水率在20 mm/h左右,雨帶周邊部分降水強度明顯減弱,降水率基本上在2-10mm/h之間,5mm/h以下占絕大部分。而自雨帶向南北方向延伸,降水強度進一步減弱,降水率普遍在2mm/h以下。DPR可以捕捉到0.2～0.5 mm/h的降水,這表明DPR對0.5mm/h以下的弱降水具有很好的識別能力,而這也是DPR相比于TRMM PR的巨大改進所在。此外,從DPR雙波段探測的雷達回波可以發(fā)現(xiàn),KaPR探測的雷達回波稍弱于相應區(qū)域KuPR探測的雷達回波,在4 km高度以下,尤其是地表降水率低于2 mm/h的區(qū)域,這種差異尤其顯著,這表明Ka波段主要側重對中高緯低層弱降水的識別,而Ku波段對于弱降水,尤其是2 mm/h以下的弱降水相對不是很敏感。GMI的觀測結果表明,降水云中存在廣泛分布的水粒子和冰粒子,而冰水含量顯著偏高,GMI高頻183.31±7 GHz對云中小的冰粒子尤其敏感。
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（Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ邋Ｉｍａｇｉｎｇ邋Ｓｅｎｓｏｒ，，簡稱ＬＩＳ）邋Ｗ及云和地球福射能量系統(tǒng)（Ｃｌｏｕｄｓａｎｄ逡逑ｔｈｅ邋Ｅａｒｔｈ邋Ｒａｄｉａｎｔ邋Ｅｎｅｒｇｙ邋Ｓｙｓｔｅｍ，簡稱邋ＣＥＲＥＳ）。ＴＲＭＭ邋衛(wèi)星各儀器及掃描方式逡逑如圖１．１所示。逡逑Ｉ邐＋Ｙ邋川Q啠沖澹悖錚錚簦�！邋验ｄｅ辶x希簦苠�、逦．Ｘ邋ＴＭ劐ｓ？Ｊ？邋？辶x仙伲忠遙皺撾遙海潁埽苠澹痢貳

本文編號：2648053