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本论文通过系统化地应用地球静止气象卫星GMS5资料及其它卫星产品、地面或探空数据,对东亚地区地表温度、总云量、强对流云的时空分布和季节变化特征进行了研究。重点在于发展遥感反演方法,获取东亚地区气候一云-辐射相关的区域大气/地表参数的特征分布及季节变化特征,并进行与之相关的结果比对和验证、个例及区域性分析研究,为全球变化、气候预测和模式分析研究提供参考。本论文的主要工作和结论如下:
一、利用所发展的单时相双光谱分裂窗修正算法,反演晴空地表温度结果经与地面0厘米实测温度及MOD11产品比对验证,较国际已发表的针对同类卫星数据的修正分裂窗算法相比有所提高。揭示了2000年典型下垫面“纯晴天”地表温度的日变化、季节变化特征,包括浑善达克沙地、华北平原北部、塔里木盆地、青藏高原、华南部分地区。这些地区地表温度季节变化幅度强弱依次递减,月平均地表温度日较差基本呈双峰双谷型,峰值出现在春季3~5月和9~10月,谷值出现在夏季7~8月和12月或1、2月。2000年塔里木盆地、浑善达克沙地月平均地表温度日较差最大值超过30℃,浑善达克沙地地表温度年较差达58.50℃,青藏高原年平均日较差达28.05℃。所获得这几类地表温度的变化特征对气候与辐射收支研究及推测地表状况有一定的参考价值。
二、以红外分裂窗通道亮度温度及卫星天顶角为输入参数建立了新的晴空地表温度数据库,据此定量分析了1998~2000年典型下垫面“纯晴天”地表温度的日变化、季节变化及年际变化。取“纯晴天”研究地表温度及其日变化有利于获得真正的非云强迫下地表温度日变化特征。分析结果表明,三年来大部分地区地表温度有微弱增长,而地表温度日较差的微弱下降是月均某时刻地表温度最高值渐减及月均某时刻地表温度最低值渐增的结果。
三、通过比较研究2000年地面观测总云量和国际卫星云气候计划ISCCP总云量,分析了东亚地区总云量的空间分布特征及季节变化特征,并讨论了地面与卫星观测获取云量两套数据集因观测方式不同使东亚不同地区出现云量偏差及偏差产生原因,以及两种观测方式的特点。
四、建立了一个基于云的光谱属性物理基础和图像模式识别方法提取强对流云的方法,研究了1996~2002年东亚地区强对流云云顶温度和发生频率的空间分布及其季节变化规律。结合分析2000~2004年对流层项温度、对流层顶气压的季节变化,定量揭示了强对流云的发展受对流层顶的制约作用。强对流云云顶夏季最接近对流层项,二者温差7、8月最小(4℃以下)冬季最大(14℃以上),春秋介于冬夏之间。强对流云最冷点云项温度与对流层顶温差更小,夏季在2℃以下冬季在13℃左右。对流层顶温度平均比强对流云云顶温度低9.42℃,这种制约作用36°N以南地区大于以北地区。
五、利用ECMWF资料诊断分析的质量通量,分析了东亚2000年平流层-对流层交换净通量、对流层向平流层通量、平流层向对流层通量的季节变化与强对流云发生频率、强对流云云项温度季节变化之间的关系,进一步加深了强对流活动对平流层-对流层交换及相互作用影响的理解。