人工影響天氣云特征參量靜止衛(wèi)星反演產(chǎn)品應用初探

摘 要 由于云的性質(zhì)在時間和空間上差異很大，若能細致了解云的微物理特征，不僅有助于對天氣系統(tǒng)的監(jiān)測預報，更有助于對人工影響天氣的作業(yè)條件和效果檢驗研究，本文對靜止氣象衛(wèi)星4種反演產(chǎn)品的基本特征進行了分析，并提出了4點設想。

關鍵詞 云特征;衛(wèi)星;反演產(chǎn)品;初探

引言

利用人工影響天氣云降水特征參量靜止衛(wèi)星反演系統(tǒng)，對我國FY2C/D/E/F靜止氣象衛(wèi)星探測資料、L波段探空秒數(shù)據(jù)進行聯(lián)合反演，得到一組同云系人工影響天氣作業(yè)條件直接相關的云降水宏微觀物理特征參數(shù)。目的是利用這些云系物理特征參數(shù)，對人工影響天氣作業(yè)提供指導，也可為云系變化的監(jiān)測和短時臨近精細天氣預報提供幫助。目前發(fā)布的云參數(shù)反演產(chǎn)品主要有7種，包括云黑體亮溫、云頂高度、云頂溫度、云體過冷層厚度等4種宏觀參量和云光學厚度、云粒子有效半徑、液水路徑等3種微觀參量。本文選其中4種進行介紹。

產(chǎn)品空間分辨率：采用0.05°×0.05°衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)進行反演計算，產(chǎn)品空間分辨率為5公里。目前，反演產(chǎn)品每1小時發(fā)布一次，發(fā)布時間比對應時次的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)時間延后約60分鐘。

1產(chǎn)品的基本特征

1.1 黑體亮溫（TBB）

衛(wèi)星觀測的下墊面物體（這里是云頂）的亮度溫度，亮度溫度是指和被測物體具有相同輻射強度的黑體所具有的溫度，或者說物體在同一波長下的光譜輻射強度與黑體光譜輻射強度相等時的黑體溫度。亮度溫度通常低于物體的真實溫度。

在夏季，TBB中心值的降低的情況下，中尺度對流系統(tǒng)會不斷發(fā)展加強（云頂亮溫低，云頂則高），會給所經(jīng)過的區(qū)域造成暴雨、雷電、短時大風、短歷時強降水等災害性天氣;TBB值的變化對降雨量有一定的指示作用。

TBB資料的時空分辨率高，利用每小時一次的亮溫資料，可以動態(tài)反映云的演變過程，能夠較好地反映強天氣系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展和消亡，尤其是能定量指示對流云的發(fā)展高度，通過分析TBB資料，可以反映強對流天氣臨近預警的關鍵區(qū)和關鍵指標。在少云或無云區(qū)，其值一般為>0℃的較高值，云區(qū)中則相反。

據(jù)統(tǒng)計，如果是強對流天氣發(fā)展，云頂亮溫會達到-60℃以下，有時會達到-100℃以下，云頂亮溫越低說明云頂越高，對流就越旺盛，為了最大限度地發(fā)揮云頂亮溫值的作用;平均亮溫逐漸降低時，表明云處于發(fā)展階段。因此，可以考慮將楚雄州分為幾個關鍵區(qū)，當某一關鍵區(qū)出現(xiàn)-60℃亮溫或者一小時內(nèi)亮溫的變化超過-20℃，則向這一關鍵區(qū)的人影指揮員發(fā)出警示，提醒人影指揮員加強雷達監(jiān)測，作業(yè)點做好作業(yè)準備。可以通過對云頂亮溫的統(tǒng)計分析，進行作業(yè)指標的進一步研究[1]。

云頂亮溫指標有可能隨著季節(jié)月份的不現(xiàn)而變化，在今后的研究中要加以注意;同時也要注意云頂亮溫的日變化。

1.2 云頂高度（Ztop）。指云頂相對地面的距離

有研究表明，衛(wèi)星反演云頂高與多普勒雷達回波頂高有較好的正相關關系，但并不完全相等，其相關系數(shù)還有待進一步研究;衛(wèi)星云頂高反應的是積層混合云和層狀云頂部粒子的輻射特性，而回波頂高主要體現(xiàn)的是云中下部較大降水粒子對雷達回波的衰減，從這一點而言，衛(wèi)星反演云頂高更能反映云頂高度的真實情況，將云頂高度結合雷達監(jiān)測產(chǎn)品，對中小尺度天氣產(chǎn)品做出判斷。

有研究表明：反演的云頂高度在靠近雷達站的位置一般略高于雷達回波頂高，但隨著離雷達站距離的增加，前者與后者差值將增大。將圖2與圖3進行對比，圖2可以看出昆明北部有5-6km的云層，但圖3并不能反映出來。體現(xiàn)出反演云頂高度相對于雷達的優(yōu)越性[2]。

1.3 云頂溫度。指云頂所在高度的溫度

強對流發(fā)生前，云頂溫度和水汽溫度會逐漸下降，結合水汽溫度，可以提前1小時預報強對流天氣。

將衛(wèi)星反演云頂溫度與同一時次的衛(wèi)星云圖比較，可以更清晰地看出云體之間的邊界和對流發(fā)展情況， 為人工影響天氣及短臨預報提供依據(jù)。

1.4 云體過冷層厚度（Hsc）

指0℃層到云頂之間的厚度，單位為千米（km）。可用于了解云系冷暖云垂直結構配置。蘭州以南的云體過冷層厚度更加深厚且面積更大，可以結合其演變過程和雷達實況做出更精準的分析，是十分有用的輔助工具[3]。

2幾點設想

（1）云特征參量靜止衛(wèi)星反演技術為人工影響天氣以及短時臨近預報的研究開辟了一個新領域，值得將研究工作長期開展下去。

（2）通過1 個作業(yè)季的資料積累，結合上級指導產(chǎn)品，同時利用好中央氣象臺、省氣象臺下發(fā)的一部分網(wǎng)格化預報產(chǎn)品， 實現(xiàn)人工影響天氣作業(yè)條件預測預報及預警的功能，并逐漸縮小預警區(qū)域。

（3）用MATLAB或其他工具對中國氣象局人影中心下發(fā)的二進制文件進行開發(fā)利用，制作本地化產(chǎn)品，下發(fā)到縣級，甚至直接推送到作業(yè)人員的手機終端上。

（4）通過統(tǒng)計分析，總結強對流天氣系統(tǒng)發(fā)展過程中的閾值，建立作業(yè)指標，開發(fā)反演產(chǎn)品的報警模塊。

參考文獻

[1] 李娟，毛節(jié)泰，姚展予，等.利用GMS25衛(wèi)星資料反演云的物理特性及其在人工影響天氣中的應用[J]氣象學報，2005，（63）：47-55.

[2] 陳英英，周毓荃，毛節(jié)泰，等.利用FY22C靜止衛(wèi)星資料反演云粒子有效半徑的試驗研究[J].氣象，2007，33（4）：29-34.

[3] 何小東，周毓荃，胡志晉.利用地面資料計算云底高度的種新方法[C].第十五屆全國云降水與人工影響天氣科學會議暨中國人工影響天氣事業(yè)50周年紀念大會.第十五屆全國云降水與人工影響天氣科學會議暨中國人工影響天氣事業(yè)50周年紀念大會論文集，長春：中國氣象學會中國氣象科學研究院 中國氣象局，2008：731-734.

作者簡介

李正平（1972-），男，云南武定人;農(nóng)藝師，現(xiàn)就職單位：云南省武定縣氣象局，研究方向：長期從事基層農(nóng)業(yè)技術推廣和農(nóng)業(yè)氣象研究工作。