风云系列——第五章 强对流识别

第一章 地理纬度与地心纬度第二章 标称网格第三章 数据区域截取第四章 辐射定标第五章 强对流识别第六章 对流气象特征提取技术第七章 对流识别中的统计学方法第八章 智能识别对流致谢文章目录第五章 强对流识别前言一、基本原理二、案例总结前言随着风云系列静止卫星业务化的不断成熟其在强对流预警中也越来越重要。本文就介绍了利用其识别强对流的有关内容。一、基本原理大气不同成分对特定波段辐射有较强吸收作用。利用该原理可实现成分观测。其中5.8 ~ 6.7μm 波段的水汽通道可观测大气高层水汽含量。10.3 ~ 11.3μm 波段的红外通道可观测地面温度。在晴空区域高空水汽会吸收和遮挡一部分地面辐射。因此水汽通道亮温将略低于红外通道。在对流区域上升运动将地面水汽输送至高空。这一过程一般为绝热过程因此高空水汽通道与地面红外通道亮温相近遮挡作用失效。在强对流区域强烈上升气流形成过冲云顶并沿下风方向下沉将冰晶带出云体。这使高层大气对水汽通道波段的辐射吸收减弱。因此水汽通道亮温将高于红外通道。显然水汽通道和红外通道亮温的相对大小对识别对流有指示意义。气象上定义B T D T w a t e r − T i n f r a r e d T h r e s h o l d (1) BTDT_{water}-T_{infrared}Threshold\tag{1}BTDTwater​−Tinfrared​Threshold(1)其中BTD为亮温差 (Brightness Temperature Difference)Twater和Tinfrared分别为水汽和红外通道亮温。Threshold为阈值该阈值一般取 4 k 左右且存在地域差异。当BTD超过阈值时有强对流活动。二、案例分别取 FY-4A L1 数据通道 9 和 12为水汽和红外通道。 仍取第三章的研究区域。依据第四章读取两通道如图 1。可以看到30° N 以北水汽通道的黄色区域范围较红外通道广。这是因为晴空仍存在大量水汽吸收辐射后亮温升高造成的。25° N 以南、90° E以东仅有红外通道捕捉到低云。这是因为这些低云的辐射被高层水汽吸收和遮挡。图 1 红外与水汽通道亮温两者做差如图 2。可以看到大部分区域呈紫色其水汽通道亮温略低于红外通道是晴空区。黄色和浅蓝色区域的高空水汽通道与地面红外通道亮温相近预示着可能存在对流活动。红色区域的水汽通道亮温超过了红外通道这是强对流。图 2 亮温差总结在本章利用过冲云顶中冰晶与水汽分离现象对不同通道辐射亮温影响的差异建立了强对流识别的方法。气象上称其为亮温差法。此外它可结合单一通道亮温与亮温梯度、地面雷达反射率、单站探空大气不稳定能量等综合识别强对流。感兴趣的同学可深入研究。在识别出强对流后可提取其气象特征。这些特征包括云顶高度、云顶亮温、亮温梯度、对流移动速度等。利用反演算法还能得到云滴半径的垂直廓线、温度垂直廓线等云微物理特征。这些特征及其随对流生命周期的发展和演变是研究强对流物理过程、更好的识别预警灾害性对流天气、不断提高人工影响天气水平的基础。下一章将介绍这方面的有关内容。