模拟卫星被动微波在雨天的观测并计算降雨量

微波大作业020891班02089049朱昀02089048童心元02089036韩杰模拟卫星被动微波在雨天的观测并计算降雨量一，模拟卫星被动微波在雨天的观测摘要：在这篇论文中，GEM中的一个天气预报的模型：通过比较模拟特别的传感器微波/成像器亮度温度，被提出。在冬天和在夏天各做了周期为15天的多次的实验，结果与在ECMWF上的研究做了比较。GEM的总体结果很接近2001年的ECMWF上的模型。该模型模拟了大规模的降水情况。然而，这个模型并没有观测小规模的急降水情况。多云和下雨的频率被高估了。所以，这些结论是足矣用来继续在MSC上研究多云和下雨天的无线电改变情况。1，介绍阴天（包括多云和下雨）卫星辐射的同化作用或者搜索表面下雨率已经成为一个很重要的话题。事实上，急落的系统有很大的潜在的热力的释放，对大气中特别是回归线的能量有很大的贡献。这种潜在能量的释放使大气循环保持在低纬度地区，对全球的天气也会产生影响。还有，在预报模型中的水圈仍然需要进一步的研究并且是一个很大的挑战。在预报周期的开始，由于水圈的不平衡数学模型表现出了自旋加快问题。这个问题在中间维度的地区尤为严重。根据被动微波仪器的测量，基于空间的海面上急落达到了高水平的成功。2，SSMI/DATA数据和反馈参数A，SSM/IData的描述SSM/I[8]来自F-13,F-14,F-15DMSP卫星的天线温度被MSC在附近的时间（小于三小时）接收，来自国际环境卫星数据，和信息服务。天线温度被转换成亮度温度继【9】之后。SSM/I在四个不同的频率衡量微波：19.35,22.235，37.0和85.5GHZ。所有的频段（除了22.235-GHZ只在竖直方向）在竖直的和水平的两个方向分析。由竖直分析获得的微波辐射的结果由水汽现象（吸收，排放，散射）和大气气体（氧气，水，氮气）所影响。其他的影响只要有表面结构和温度。9.35-,22.235-,37.0-GHZ空间分辨率分别为63*49,50*40,37*28KM*KM。85.5-GHZ频段有更高的分辨率（15*13）。SSM/I的宽度接近1400KM，轨道的高度大约833KM，轨道的倾斜角是98°。B,SSM/I反馈为了证实由估算微波空间所得的结论，比较了卫星数据反馈（即地球物理学参数）和模型输出。反馈算法（基于衰退）是这篇论文中最正确的数量上的和质量上的算法。反馈环境参数如下：IWV,SWS,CLW,SRR3,模型数据来源数据天气预报（NWP）模型关于GEM模型【5】〜【7】的研究报告，已经在2002年地十月在MSC成为了可操控的全球预报。模型有58个竖直的等级，大多数集中在边界层，高层，和平流层。850hPa以下有10个等级，200〜300hPa之间有5个等级。水平的分辨率是0.45°*0.33。或者是赤道上的45*30KM。RTMRTM在本论文中是一个RTTOV【12】，【13】的中间等级的描述，被称为RTTOVSCATT,包括一个海面快速发射率【14】，【15】的模型。急落天气中散射的过程被展示用delta-Eddington近似值。4，对照方法两个15天的周期被采用：2002年1月31到2月14,2003年7月21到8月4。对原始的大气状态的最好的估算，也可以称为分析，在全球范围内需要开始一个预报。每6个小时从3-DVAR数据同化系统获取分析结果，随后，这些分析结果被用来进行预测。因为地表发射率的大变化并且没有办法模拟这些变化，PMW微波的模拟被限制到海洋表面。由GEM短范围预测的剖面的具体的湿度，温度，云层，降雨量，云层含水量用来估计TB在SSM/I的频率。特例有些特例在2002年2月9号在例1中给出，在印度洋的飓风。在例2中暴风雨在北大西洋。注意比别的地方的swath宽，因为很多的卫星都进行了观测。最高的Tb现象出现在下雨的地方，最小的Tb出现在没有云的地方。上图为模拟卫星获得的图，下图为实际中的图，由此可见二者仅在北方有所不同二，降雨量的测量方法一：利用回波亮度通常卫星上的被动微波辐射仪所观测到的微波辐射，主要来自于地表及大兼向上辐射等两项贡献。辐射能量由地表发射经过大气会产生两种状况：(1)经由大气雨滴的发射作用使得向上辐射的能量增加。(2)经由冰晶粒子的散射作用使得向上的辐射能量降低(Kidd,1998)。因此，即可从辐射能量的变化进行地表降雨的研究。微波波段的范围为波长介于0.1至100cm(0.3至300GHz)的电磁波，当地表辐射能量向上传达业穿过大气层畤，辐射能量会在微波传达过程中与降雨云中雨滴及冰晶，沉声发射(emission)、吸收(absorption)>与散射(scattering)的作用，使卫星上被动微波辐射仪天线可以探测到因降雨所产生的微波辐射弓鱼度变化，以用来度量云层下表面降雨弓鱼度及分析降雨系统的特性1989年Spencer等人利用SSM/I微波频道中19.35、37、85.5GHz波段针对降雨进行研究，其试验结果可归纳为：冰粒子对微波辐射的能量以散射机制为主；而液态水同畤具有散射及吸收的机制，但主要是由吸收机制所支配。散射与吸收系数会随着频率及降雨率的增加而上升。SI=[A1+A2(Tb19V)+A3(Tb22V)+A4(Tb22V)2]-Tb85V(1)其中Tb19V,Tb22V,Tb85V分别代表19.35GH_V,21.3GH_V,85.5GH_V的亮度温度。另一种计算方法：SIL=451.9-0.44(Tb19V)-1.775(Tb22V)+0.00575(Tb22V)2-Tb85VK而陆地散射指数与地面降雨率(RR,RainRate)的关系式为：RR(mm/hr)=0.00513(SIL1.9468)方式二，利用雷达波的衰减系数a和降水强度I的关系a=kId测量降水其中k和d是温度和波长的函数。具体方法有两种:①用衰减波长的雷达，观测降水区远端的一个或多个已知散射截面标准目标的回波强度计算这些回波强度同无降水时所测得的回波强度的差，即可求出I。②用双波长雷达(发射衰减程度不同的两种电磁波的雷达)沿同一路径观测降水区，比较这两种波长的回波功率，即可求出 I。利用雷达波衰减效应测量降水的精度比较高，例如用0.86厘米雷达，按标准目标法所得I的平均误差小于10%。但此法得到的是某一路径上的平均雨强，被测路径的范围受最大可测雨强所限制。参考文献：1，《Sim