【摘要】：云水對全球水汽循環(huán)和能量平衡都具有重要意義,基于衛(wèi)星遙感結(jié)果來進(jìn)行反演是獲取全球尺度云水路徑(液態(tài)水柱積分總量,LWP)的最主要方式。對于星載被動儀器觀測而言,又可分為微波和可見光/近紅外兩種LWP反演方法。因此比較研究不同方法反演得到的LWP異同具有重要意義。本研究采用了三套衛(wèi)星遙感的洋面LWP數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析,分別為:利用Wang等人的算法基于微波掃描輻射計AMSR-E亮溫數(shù)據(jù)反演得到的LWPM、美國遙感系統(tǒng)實驗室(RSS)同樣基于AMSR-E微波亮溫數(shù)據(jù)反演的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品LWPR,以及基于中分辨率成像光譜儀MODIS觀測結(jié)果的可見光/近紅外方法反演的LWPv。經(jīng)統(tǒng)計分析,取得如下結(jié)論:晴空亮溫是LWPM反演方法中重要的輸入量,故我們首先選擇了 AMSR-E四個具有代表性的通道,分析其晴空亮溫的空間分布特征及變化規(guī)律。這4個通道分別為:對海溫敏感的10.6GHz垂直通道、對風(fēng)速敏感的10.6GHz水平通道、對水汽敏感的23.8GHz垂直通道和主要用于反演LWPM的36.5GHz水平通道。四個通道的晴空亮溫都表現(xiàn)出在赤道太平洋和暖池以及印度洋上有高值集中,且隨著緯度升高平均晴空亮溫逐漸降低的分布特征。晴空亮溫隨時間的變化趨勢方面,四個通道都表現(xiàn)為先下降后回升,10.6GHz的兩個通道的相關(guān)系數(shù)非常高,23.8GHz和36.5GHz的兩個通道相關(guān)系數(shù)也相當(dāng)高,均達(dá)0.9以上。但較低的兩個通道與較高的兩個通道之間相關(guān)系數(shù)則較低,說明不同通道的晴空亮溫對不同環(huán)境變量的響應(yīng)程度不同。每個通道的晴空亮溫基本都表現(xiàn)出北半球夏季平均值最高,冬季平均值最小,春秋兩季的均值較接近的特點,結(jié)合EOF分析結(jié)果可知季節(jié)變化是引起晴空亮溫變化的重要因素。接下來,我們對基于同一微波儀器的反演產(chǎn)品LWPM和LWPR進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)二者在全球洋面有相似的分布特征,都表現(xiàn)為在太平洋赤道,暖池及印度洋上的高值集中,與水汽的全球分布特征相似。但全球洋面平均LWPR 比LWPM低0.05kg/m2,且LWPR較低的區(qū)域主要集中在熱帶赤道和太平洋暖池等降水多發(fā)地區(qū)。這是由于LWPR的反演算法中,將降水云的LWP閾值設(shè)定為0.1 8kg/m2,且通過經(jīng)驗函數(shù)來反演降水云的LWPR,因此造成在降水多發(fā)地區(qū)對LWPR的低估。移除降水云樣本后,LWPM減去LWPR在全球洋面的平均差值變?yōu)?0.01 kg/m2,二者展現(xiàn)出了較高的一致性,而這種細(xì)微的差異有可能是由于LWPR反演過程中對云溫的簡化計算以及在低緯地區(qū)剔除了云水含量較高的非降水云樣本所帶來的誤差。另外LWPR在赤道和暖池地區(qū)仍表現(xiàn)為LWPM高于LWPR,這可能是由于該地區(qū)較常出現(xiàn)LWP超過0.18kg/m2的非降水云卻被RSS采用的Wentz算法判定為降水云,從而導(dǎo)致非降水云的平均LWPR在赤道輻合帶和暖池地區(qū)的低估�？紤]到Wang等的反演算法能直接反演降水云的LWPM,同時采用紅外波段探測的云溫作為有效輻射溫度,在一定程度上減小了這兩種誤差,因此理論上LWPM更接近真實值。此外,我們還研究了兩種微波反演的LWP在描述ENSO事件對全球云水路徑分布上影響,結(jié)果表明LWPM在厄爾尼諾和拉尼娜時期表現(xiàn)出更明顯的差異。進(jìn)一步地,我們對觀測結(jié)果和反演方法完全不同的MODIS的LWPv產(chǎn)品和LWPM進(jìn)行比較,通過分別選取四類樣本:所有云,非降水云,暖云和非降水暖云,全面地對比分析了微波和可見光/近紅外兩種不同方法反演結(jié)果的差異。對于所有云樣本,平均LWPv低于LWPM,其主要原因有兩點:一是由于當(dāng)云層頂部被冰粒子覆蓋,MODIS就無法反演出云冰以下云水,這部分樣本LWPv的缺失拉低了LWPv的平均值;二是由于MODIS的垂直均勻假設(shè)會對降水云的LWP造成低估。而當(dāng)移除降水云樣本后,LWPv均值低于LWPM的區(qū)域范圍縮小,只集中在對流發(fā)展較為旺盛的太平洋暖池和赤道附近,而其他洋面區(qū)域均表現(xiàn)為平均LWPv高于LWPM。說明在符合絕熱分層假設(shè)的云出現(xiàn)頻率高的區(qū)域,LWPv又表現(xiàn)為高估。對于暖云,當(dāng)包含降水云樣本時,在赤道附近地區(qū)的平均LWPM高于LWPv,其他地區(qū)的平均LWPV則普遍高于LWPM。而對于非降水暖云,平均LWPM高于LWPv的區(qū)域范圍進(jìn)一步縮小,除了太平洋東部的少部分洋面以外,幾乎所有洋面的LWPv的平均值都高于LWPM。說明對同一暖云樣本,在沒有冰云和降水云的影響下,MODIS的LWPV的反演結(jié)果存在高估,這是由于部分非降水云的云水垂直分布不符合MODIS反演算法中的垂直均勻假設(shè),上層液滴粒徑大于下層云的有效粒子半徑,故MODIS只利用云頂附近的液滴信息來估計整層云體的有效粒子半徑,會造成結(jié)果的高估。最后,針對MODIS由于云頂有冰云的存在而無法反演出LWPv有效值的水云樣本,我們利用LWPM來估計其漏測的LWPMISS統(tǒng)計特征。結(jié)果表明,這部分云樣本占全球所有探測樣本11.2%,其出現(xiàn)頻率的分布與冰云一致,都表現(xiàn)為在赤道和暖池以及印度尼西亞海域的出現(xiàn)頻率較高,且這些區(qū)域的平均LWPMISS也較高。此外,LWPMISS與云頂溫度CTT和冰水路徑IWP的關(guān)系表明,CTT越低,一般對應(yīng)更高的LWPMISS,但當(dāng)CTT下降至223K時,水云樣本丟失的發(fā)生頻率已達(dá)到最大,接近70%;IWP越高,丟失水云樣本的頻率單調(diào)遞增,且LWPMISS也逐步增加。對于所有MODIS缺測云水的樣本而言,在CTT處于205-235 K并且IWP處于0.02-0.06 kg/m2范圍內(nèi)時,云水漏測的發(fā)生頻率最大。此外,我們還利用輻射傳輸模式SBDART模擬了這部分漏測的LWPMISS對全球輻射平衡計算帶來的影響,發(fā)現(xiàn)MODIS丟失的這部分水云樣本應(yīng)該給地氣系統(tǒng)起到冷卻作用,其平均輻射強(qiáng)迫為-198.8 W/m2。
【圖文】：

對２００２年７月至２０１１年９月的四個通道的晴空亮溫做季節(jié)平均，圖３．２分逡逑別表示了邋１０．６邋ＧＨｚ垂直和水平，２３．８ＧＨｚ垂直以及３６．５ＧＨｚ水平通道的晴空亮逡逑溫四季的逐年變化趨勢，由圖３．２（ａ）和圖３．２（ｂ）對比可知，１０．６ＧＨｚ兩個通道晴空逡逑亮溫逐年的變化趨勢非常一致，都表現(xiàn)為先下降后回升的趨勢，且２００８年北半逡逑球春季出現(xiàn)了一個極高值。而圖３．２（ｃ）２３．８ＧＨｚ垂直通道和圖３．２（ｄ）３６．５ＧＨｚ水平逡逑通道的變化趨勢與１０．６ＧＨｚ的趨勢也比較接近，２００８年ＭＡＮ的高值也都能體逡逑現(xiàn)。另外每個通道的晴空亮溫基本都表現(xiàn)出北半球夏季（ＪＪＡ）平均值最高，冬逡逑季（ＤＪＦ）平均值最小，春秋兩季（ＭＡＮ和ＳＯＮ）的分布較接近的特點。說明逡逑季節(jié)變化可能是引起晴空亮溫變化的因素之一。逡逑３．０邋－ｎ邐邋邐邋１０．６ＧＨｚ邋Ｖ邐？－邐２３．８ＧＨｚ邋Ｖ逡逑＿邐ｆ邋？邐１０．６ＧＨｚ邋Ｈ邋＾邐３６．５ＧＨｚ邋Ｈ逡逑＾邋２０邋￣邋，邋Ｉ邐Ｑ逡逑＞邐：》邐§邐＾邐１邐？邐．．邋Ｅ邋ｉｈ逡逑１邋0邋－邋＼邋ｉＶ邋＾邋ｆ邋ｉ邐Ｈ邐？邋Ｍｒ：邋，逡逑

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【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P407

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本文編號：2694091