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地基双波段测云系统及其对比试验

胡树贞 马舒庆 陶法 秦勇 郭伟 温显罡

胡树贞, 马舒庆, 陶法, 等. 地基双波段测云系统及其对比试验. 应用气象学报, 2012, 23(4): 441-450..
引用本文: 胡树贞, 马舒庆, 陶法, 等. 地基双波段测云系统及其对比试验. 应用气象学报, 2012, 23(4): 441-450.
Hu Shuzhen, Ma Shuqing, Tao Fa, et al. Ground-based dual-band cloud observing system and its comparative experiments. J Appl Meteor Sci, 2012, 23(4): 441-450.
Citation: Hu Shuzhen, Ma Shuqing, Tao Fa, et al. Ground-based dual-band cloud observing system and its comparative experiments. J Appl Meteor Sci, 2012, 23(4): 441-450.

地基双波段测云系统及其对比试验

资助项目: 

中国气象局新技术推广项目“双成像云底高度测量技术和方法推广应用” CAMTG2010Z06

详细信息
    通信作者:

    胡树贞, E-mail: 052310421hu@163.com

Ground-based Dual-band Cloud Observing System and Its Comparative Experiments

  • 摘要: 针对地基测云系统中云在可见光波段与红外波段中表现出的不同特性,用双站数字式云高仪所测云高进行标校,结合地面实时观测天顶红外辐射亮温及地面环境参数,分析地面到云层底大气对红外辐射亮温的影响,从中发现利用天空红外辐射亮温来遥感云底高度的可行性,研发地基双波段测云系统。该系统以对流层大气的垂直温度递减率为理论基础,建立云层底到地面的温度递减梯度参数K,根据递减梯度参数反演天顶方向的云高。该算法不依赖于探空数据,通过实时定标形式得出符合仪器所在地的云底高反演公式。通过与维萨拉激光云高仪CL31进行数据对比分析得出,地基双波段测云系统反演结果具有较高的准确性。
  • 图  1  双波段测云系统整体结构

    Fig. 1  Dual-band measurements of the cloud system

    图  2  天顶红外辐射亮温随时间变化

    Fig. 2  Zenith point infrared brightness temperature change with time

    图  3  晴空条件下地面环境因子与天顶亮温的关系

    Fig. 3  Relations between Tb in zenith direction and surface environmental parameters in clear sky condition

    图  4  不同地面温度条件下地面湿度与天顶亮温之间的关系 (a) 及地面温度与各拟合系数斜率 (b) 和截距 (c) 之间的关系

    Fig. 4  Relations between Tb in zenith direction and surface humidity in different surface temperature (a), relations between surface temperature and fitting coefficient slope (b) with intercept (c)

    图  5  地面能见度与修正温度之间的关系

    Fig. 5  Relations between the range of surface visibility and modified temperature

    图  6  2011年3月北京市观象台探空气球所测大气温度与海拔高度廓线

    Fig. 6  Balloons measured temperature and altitude profile of Beijing Weather Observatory in Mar 2011

    图  7  2011年3月19日07:00北京市观象台探空气球所测大气温度 (a)、湿度 (b) 与海拔高度廓线和全天地面天顶红外辐射亮温曲线 (c)

    Fig. 7  Balloons measured temperature and altitude profile (a), humidity and altitude profile (b) on 0700 BT 19 Mar 2011 and time series of Beijing Weather Observatory zenith point infrared brightness temperature (c)

    图  8  温度递减梯度参数分布

    Fig. 8  The histogram of K

    图  9  Tb反演计算的云高与CL31观测云高对比

    Fig. 9  Comparison of cloud base height derived from Tb and observed by CL31

    图  10  红外反演云高与激光所测云高相对误差百分比

    Fig. 10  The percentage relative error of cloud base height derived from Tb and observed by CL31

    图  11  2010年12月—2011年4月云高对应散点图

    Fig. 11  Scattered plot of cloud base height from December 2010 to April 2011

    表  1  无云时刻地面温度恒定不同湿度条件下推算出的天空亮温

    Table  1  The sky infrared brightness temperature calculated in clear sky conditions with constant ground temperature and different humidity

    5℃10℃15℃20℃25℃
    湿度/%亮温/℃湿度/%亮温/℃湿度/%亮温/℃湿度/%亮温/℃湿度/%亮温/℃
    75-4080-2587250-146012
    62-4774-2871-1545-20502
    58-4965-3565-2041-2835-20
    50-5455-4255-3035-3525-37
    37-6050-4450-3530-3822-41
    32-6140-5140-4128-4020-44
    28-6532-5635-4425-4517-47
    18-6925-6121-5816-5516-50
    15-7119-6515-6411-6311-59
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-10-25
  • 修回日期:  2012-04-13
  • 刊出日期:  2012-08-31

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