蘭州大學(xué)《衛(wèi)星氣象學(xué)》第4章-美國(guó)氣象衛(wèi)星觀測(cè)系統(tǒng)-3-CALIPSO+Cloudsat

1、1衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 電子版（第一版）電子版（第一版）2衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 章節(jié)內(nèi)容章節(jié)內(nèi)容u 4.1 A-Train衛(wèi)星編隊(duì)u 4.2 TRMM熱帶降水衛(wèi)星u 4.3 GOSE靜止衛(wèi)星系列u 4.4 NOAA極軌衛(wèi)星系列3衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 4衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） u 美國(guó)NASA在1998年與法國(guó)國(guó)家航天中心(CNES)合作開始實(shí)施“云-氣溶膠激光雷達(dá)和紅外探測(cè)者衛(wèi)星觀測(cè)”(Cloud-Aerosols Lidar and Infrared Pathfinder Statellite Observations, CALIPSO)計(jì)劃。u 主要任務(wù)主要任

2、務(wù)：提供全球云和氣溶膠觀測(cè)數(shù)據(jù)，用于研究云和氣溶膠在調(diào)節(jié)地球氣候中的作用以及兩者的相互作用。u 2006年4月28日，CALIPSO衛(wèi)星由Delta-II火箭發(fā)射升空。主要荷載包括正交偏振云-氣溶膠偏振雷達(dá)(CALIOP)、寬視場(chǎng)相機(jī)(WFC)和紅外成像輻射計(jì)(IIR)，設(shè)計(jì)壽命為3年。CALIPSO衛(wèi)星概述衛(wèi)星概述Delta-II火箭5衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） LITE試驗(yàn)試驗(yàn) 美國(guó)是星載激光雷達(dá)的先行者,曾在1994年9月20日用發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)搭載激光雷達(dá)進(jìn)行了激光雷達(dá)空間技術(shù)試驗(yàn)(Lidar In-space Technology Experiments , LITE), 證明了空間

3、激光雷達(dá)在研究氣溶膠和云方面的潛力。LITE 成為世界上首個(gè)地球軌道激光雷達(dá)試驗(yàn)。6衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） u雷達(dá)可分為微波雷達(dá)與激光雷達(dá)兩大類。u微波雷達(dá)：波長(zhǎng)范圍在1-1000mm之間，按波長(zhǎng)分為毫 米波、厘米波和分米波雷達(dá)u激光雷達(dá)：工作在可見光和紅外波段雷達(dá)的分類雷達(dá)的分類7衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 微波雷達(dá)微波雷達(dá)u優(yōu)點(diǎn)： （1）微波具有穿云透霧的能力 （2）微波可以全天候工作 （3）微波對(duì)地表面的穿透能力較強(qiáng)缺點(diǎn)： 微波雷達(dá)波長(zhǎng)較長(zhǎng),相對(duì)于大氣中的分子、氣溶膠等微小粒子的尺寸要大得多,因此大氣對(duì)微波的散射極其微弱,微波雷達(dá)的大氣透過率很高,能實(shí)現(xiàn)全天時(shí)、全天候工作,但也正

4、是由于這一點(diǎn),微波雷達(dá)無(wú)法直接探測(cè)大氣中的微小粒子。8衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） u 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：激光雷達(dá)由于量子能量高、波長(zhǎng)短的特性,彌補(bǔ)了微波雷達(dá)在大氣氣溶膠、分子等微小粒子探測(cè)方面的不足,成為探測(cè)氣溶膠和大氣分子的重要工具。u 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：由于激光雷達(dá)的波長(zhǎng)較短，對(duì)于較厚的云層等無(wú)法穿透，因此在這種情況下無(wú)法獲得云底的信息。u 分類：分類：按運(yùn)載平臺(tái)分為：地基固定式激光雷達(dá)、車載激光雷達(dá)、機(jī)載激光雷達(dá)、船載激光雷達(dá)、星載激光雷達(dá)、彈載激光雷達(dá)和手持式激光雷達(dá)等。相對(duì)于全球觀測(cè)，地基、車載以及機(jī)載激光雷達(dá)等觀測(cè)范圍都有限，只能在較小的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行觀測(cè)。而星載激光雷達(dá)則可以實(shí)現(xiàn)全球觀測(cè)，尤其

5、在海洋、南北極、沙漠等傳統(tǒng)激光雷達(dá)難以觀測(cè)的地區(qū)。那么激光雷達(dá)有什么特點(diǎn)呢？那么激光雷達(dá)有什么特點(diǎn)呢？9衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） L2S-SM IIL2S-SM IIMPL -4BMPL -4B10衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIPSO衛(wèi)星白天和晚上的軌道衛(wèi)星白天和晚上的軌道11衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 705 km, sun-synchronous orbit705 km, sun-synchronous orbitThree co-aligned instruments:Three co-aligned instruments:lCALIOP: polarization li

6、darCALIOP: polarization lidarlIIR: Imaging IR radiometerIIR: Imaging IR radiometerlWFC: Wide-Field CameraWFC: Wide-Field Camera Wavelength 8.65, 10.6,12.05 m Spectral resolution 0.6-1.0 m IFOV / Swath 1 km / 64 km NETD 210K 0.3 K Calibration 1 K Imaging Infrared Radiometer (IIR)Wide-Field Camera (WF

7、C)CALIOP (Lidar)Wide Field CameraLidar TransmitterImaging InfraredRadiometerCALIPSO衛(wèi)星負(fù)載及數(shù)據(jù)介紹衛(wèi)星負(fù)載及數(shù)據(jù)介紹12衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIOP激光雷達(dá)激光雷達(dá)13衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 云-氣溶膠激光雷達(dá)發(fā)射和接受光路示意圖14衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIOP發(fā)射和接受系統(tǒng)主要參數(shù)表15衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） uCALIOP采用了偏振技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全球覆蓋。它是世界上首個(gè)應(yīng)用型的星載云和氣溶膠激光雷達(dá)，并具有三個(gè)通道（ 1064nm、 532nm垂直及平行通道）以便接收

8、這些通道的后向散射信號(hào)。uCALIOP還提供了532nm體積退偏比的垂直廓線，退偏退偏比比是532nm垂直后向散射強(qiáng)度532nm平行后向散射強(qiáng)度之比它反映的是被測(cè)顆粒的不規(guī)則程度uCALIOP還提供了色比值，顏色比顏色比是1064nm的后向散射強(qiáng)度與532nm總后向散射強(qiáng)度之比，通過顏色比顏色比能夠識(shí)別顆粒的大小，顏色比顏色比越大，顆粒越大。16衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIPSO衛(wèi)星直觀圖衛(wèi)星直觀圖17衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） WFC 寬視角相機(jī)（WFC）是CT-633星跟蹤器相機(jī)的改進(jìn)裝置，是一固定的天底單通道成像儀，采用單一譜段，波長(zhǎng)范圍270-620nm，主要目的是為了和A

9、qua衛(wèi)星中的中分辨率成像光譜儀的一個(gè)譜段進(jìn)行匹配。主要技術(shù)指標(biāo)為：紅外視場(chǎng)125m，行寬61km，數(shù)據(jù)傳輸率26kb S-1。18衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） WFC觀測(cè)圖像觀測(cè)圖像19衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） IIR 紅外成像輻射計(jì)（IIR）的幅寬是64km60km，像素分辨率是l km，其圖像中心與CALIOP的波束保持對(duì)準(zhǔn)。該設(shè)備采用單微輻射熱測(cè)量計(jì)探測(cè)陣列，一旋轉(zhuǎn)濾波器提供三通道的測(cè)量值。主要技術(shù)指標(biāo)為：波長(zhǎng)8.65m, 10.6m, 12.0m, 光譜精度0.6-1.0m，紅外視場(chǎng)l km，行寬64km，噪聲等有效溫度分辨率0.3K(210K時(shí))，校準(zhǔn)精度1K，數(shù)據(jù)傳輸率44k

10、bS-120衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIOP數(shù)據(jù)分辨率介紹數(shù)據(jù)分辨率介紹21衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIOP數(shù)據(jù)分辨率介紹數(shù)據(jù)分辨率介紹22衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIPSO數(shù)據(jù)產(chǎn)品介紹數(shù)據(jù)產(chǎn)品介紹 Level 0: Level 0: 原始數(shù)據(jù)不公開。原始數(shù)據(jù)不公開。 Level 1: Level 1: CALIOP 532/1064nm CALIOP 532/1064nm 消光后向散射信號(hào)廓線。水平分辨率為消光后向散射信號(hào)廓線。水平分辨率為333333米，垂直分為米，垂直分為583583雷達(dá)雷達(dá)binbin，每個(gè)，每個(gè)binbin的具體厚度稱為垂直分辨率。的具體

11、厚度稱為垂直分辨率。IIR IIR 紅外輻射通量；紅外輻射通量；WFC WFC 輻射和反射比參數(shù)；輻射和反射比參數(shù)；Level 1 Level 1 數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)圖像WaterCirrusVolcanic aerosol23衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） Level 1 Level 1 數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)圖像WaterCirrusVolcanic aerosol激光雷達(dá)激光雷達(dá)Level1Level1不同通道的信號(hào)廓線數(shù)據(jù)圖像不同通道的信號(hào)廓線數(shù)據(jù)圖像24衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） Level 1 Level 1 數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)圖像WaterCirrusVolcanic aerosol激光雷達(dá)激光雷達(dá)L

12、evel1 Level1 退偏比及顏色比廓線退偏比及顏色比廓線退偏比：衡量粒子的非球形，值越大，粒子越趨向于非球形退偏比：衡量粒子的非球形，值越大，粒子越趨向于非球形顏色比：衡量粒子的相對(duì)大小顏色比：衡量粒子的相對(duì)大小25衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIPSO數(shù)據(jù)產(chǎn)品介紹數(shù)據(jù)產(chǎn)品介紹Level 2Level 2 CALIOP CALIOP 云云/ /氣溶膠氣溶膠層數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)產(chǎn)品產(chǎn)品：層積分消光后向散射、：層積分消光后向散射、層高、層積分退偏比、柱反射比等。云產(chǎn)品水平分辨率分為層高、層積分退偏比、柱反射比等。云產(chǎn)品水平分辨率分為333333米，米，1 1千米，千米，5 5千米；氣溶膠產(chǎn)品為

13、千米；氣溶膠產(chǎn)品為5 5千米。千米。 CALIOP CALIOP 云云/ /氣溶膠氣溶膠廓線數(shù)據(jù)廓線數(shù)據(jù)產(chǎn)品產(chǎn)品：特征層的后向散射系：特征層的后向散射系數(shù)，消光系數(shù)以及退偏比的垂直廓線信息。水平分辨率數(shù)，消光系數(shù)以及退偏比的垂直廓線信息。水平分辨率5 5千千米。米。 CALIOP CALIOP 垂直特征層分布垂直特征層分布數(shù)據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)產(chǎn)品：云：云/ /氣溶膠類型，云氣溶膠類型，云相等。相等。IIR 8.65/10.6/12.05IIR 8.65/10.6/12.05微米的亮溫，最上層云或氣溶微米的亮溫，最上層云或氣溶膠的有效發(fā)射率，冰云粒子形狀指數(shù)，冰水路徑等。膠的有效發(fā)射率，冰云粒子形狀指數(shù)

14、，冰水路徑等。WFC WFC 未未發(fā)布。發(fā)布。26衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） Level 1 Level 1 數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)圖像WaterCirrusVolcanic aerosol激光雷達(dá)激光雷達(dá)Level2 Level2 垂直特征層分布產(chǎn)品垂直特征層分布產(chǎn)品退偏比：衡量粒子的非球形退偏比：衡量粒子的非球形顏色比：衡量粒子的相對(duì)大小顏色比：衡量粒子的相對(duì)大小總的特征層分布總的特征層分布云相態(tài)類型分布云相態(tài)類型分布?xì)馊苣z類型分布?xì)馊苣z類型分布27衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） IIR Level2 IIR Level2 亮溫?cái)?shù)據(jù)亮溫?cái)?shù)據(jù)28衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIPSO數(shù)據(jù)處理流程

15、數(shù)據(jù)處理流程CALIOP Level2 數(shù)據(jù)處理流程數(shù)據(jù)處理流程29衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIPSO衛(wèi)星應(yīng)用舉例（一）衛(wèi)星應(yīng)用舉例（一）Aug 17Aug 18Aug 19Aug 20Aug 21Aug 22Aug 23Aug 25Aug 285 km3 kmDDDDDDDDDSSSSSaharaSouth AmericaMexicoHSRLD = dustS = smokeA dust storm occurred on August 17, 2006 over Sahara. Dust particles were lofted into the air up to an al

16、titude of 7 km in the source and transported over the North Atlantic Ocean and finally into Gulf of Mexico over the next days. (Liu et al, JGR 08)環(huán)境監(jiān)測(cè)、追蹤污染物的傳輸路徑環(huán)境監(jiān)測(cè)、追蹤污染物的傳輸路徑30衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIPSO衛(wèi)星應(yīng)用舉例（二）衛(wèi)星應(yīng)用舉例（二）環(huán)境監(jiān)測(cè)、追蹤污染物的傳輸范圍環(huán)境監(jiān)測(cè)、追蹤污染物的傳輸范圍31衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIPSO衛(wèi)星應(yīng)用舉例（三）衛(wèi)星應(yīng)用舉例（三）全球識(shí)別氣溶膠的類型

17、，為評(píng)估區(qū)域及全球氣候變化提供觀測(cè)依據(jù)全球識(shí)別氣溶膠的類型，為評(píng)估區(qū)域及全球氣候變化提供觀測(cè)依據(jù)32衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIPSO衛(wèi)星應(yīng)用舉例（四）衛(wèi)星應(yīng)用舉例（四）全球識(shí)別氣溶膠的類型，為評(píng)估區(qū)域及全球氣候變化提供觀測(cè)依據(jù)全球識(shí)別氣溶膠的類型，為評(píng)估區(qū)域及全球氣候變化提供觀測(cè)依據(jù)33衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIPSO衛(wèi)星應(yīng)用舉例（五）衛(wèi)星應(yīng)用舉例（五）極地平流層云的識(shí)別，為極地氣候及環(huán)境變化提供有力的科學(xué)依據(jù)極地平流層云的識(shí)別，為極地氣候及環(huán)境變化提供有力的科學(xué)依據(jù)34衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIPSO衛(wèi)星應(yīng)用舉例（六）衛(wèi)星應(yīng)用舉例（六）全球海表風(fēng)速的預(yù)估，

18、為海洋安全作業(yè)提供潛在的指導(dǎo)全球海表風(fēng)速的預(yù)估，為海洋安全作業(yè)提供潛在的指導(dǎo)35衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIPSO衛(wèi)星應(yīng)用舉例（七）衛(wèi)星應(yīng)用舉例（七）全球海洋葉綠素的季節(jié)變化全球海洋葉綠素的季節(jié)變化36衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIPSO衛(wèi)星應(yīng)用舉例（八）衛(wèi)星應(yīng)用舉例（八）云云- -氣溶膠相互作用是非氣溶膠相互作用是非常重要的科研前沿問題常重要的科研前沿問題。左圖中紅色點(diǎn)表示云。左圖中紅色點(diǎn)表示云與氣溶膠充分混合，藍(lán)與氣溶膠充分混合，藍(lán)色表示未充分混合。結(jié)色表示未充分混合。結(jié)果表明：果表明：CALIPSOCALIPSO能夠準(zhǔn)能夠準(zhǔn)確的識(shí)別云確的識(shí)別云- -氣溶膠的混氣溶膠的混

19、合類型，從而為它們之合類型，從而為它們之間相互作用的研究提供間相互作用的研究提供有力手段。有力手段。37衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CALIPSO衛(wèi)星應(yīng)用舉例（九）衛(wèi)星應(yīng)用舉例（九）云類型的全球識(shí)別云類型的全球識(shí)別38衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CloudSatCloudSat衛(wèi)星衛(wèi)星39衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 1、CloudSat衛(wèi)星基本概況衛(wèi)星基本概況uCloudSat衛(wèi)星作為衛(wèi)星集群的一員，于2006年4月28日發(fā)射成功u CloudSat衛(wèi)星的主要儀器由美國(guó)航空航天局噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室和加拿大航天局共同研制，美國(guó)鮑爾航天技術(shù)公司負(fù)責(zé)衛(wèi)星主體的建造、測(cè)試和組裝，并執(zhí)行CloudSa

20、t衛(wèi)星的發(fā)射和最初的入軌測(cè)試40衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） a: CloudSat衛(wèi)星的掃描方式、b:軌道繞地球的軌跡、c:每軌掃描結(jié)構(gòu)41衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CloudSat衛(wèi)星技術(shù)參數(shù)衛(wèi)星技術(shù)參數(shù)CloudSatCloudSat是第一顆用主動(dòng)毫米波雷達(dá)在全球范圍內(nèi)觀測(cè)及研究云是第一顆用主動(dòng)毫米波雷達(dá)在全球范圍內(nèi)觀測(cè)及研究云量，云的分布和垂直結(jié)構(gòu)，輻射特性及降水信息的衛(wèi)星。量，云的分布和垂直結(jié)構(gòu)，輻射特性及降水信息的衛(wèi)星。CPRCPR與與地基天氣雷達(dá)有所不同，這些天氣雷達(dá)通過厘米級(jí)的電磁波來(lái)探地基天氣雷達(dá)有所不同，這些天氣雷達(dá)通過厘米級(jí)的電磁波來(lái)探測(cè)降水雨滴尺度的粒子，而測(cè)降水雨

21、滴尺度的粒子，而CPRCPR的敏感性是天氣雷達(dá)的的敏感性是天氣雷達(dá)的10001000倍，倍，因此可用來(lái)探測(cè)更小的液態(tài)水粒子和冰晶粒子，但無(wú)視氣溶膠。因此可用來(lái)探測(cè)更小的液態(tài)水粒子和冰晶粒子，但無(wú)視氣溶膠。42衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） l由于其主要有效載荷是94 GHz(3 mm波)云廓線雷達(dá)，它可以“切開”云層，獲得許多有關(guān)云的最新氣象數(shù)據(jù)，主要數(shù)據(jù)產(chǎn)品包括了云的宏觀物理參量和微觀物理參量。l改進(jìn)對(duì)云層結(jié)構(gòu)和成分的研究，成為第1顆可以對(duì)云層特性進(jìn)行全球測(cè)量的衛(wèi)星。l深入了解云的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其發(fā)展演變規(guī)律，定量了解云對(duì)氣候的影響和反饋，更好地預(yù)測(cè)天氣和氣候、有效地影響局部天氣等方面起著十分重要

22、的作用。CloudSat衛(wèi)星探測(cè)任務(wù)衛(wèi)星探測(cè)任務(wù)43衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 2、CloudSat衛(wèi)星的發(fā)射目標(biāo)衛(wèi)星的發(fā)射目標(biāo)CloudSat 衛(wèi)星的成功發(fā)射首次提供云特征的全球觀測(cè),這些云特征對(duì)理解云對(duì)天氣和氣候的影響非常重要。它能提供以下信息： 云的垂直結(jié)構(gòu) 定量估計(jì)產(chǎn)生降水云的百分比 定量估算云中液水和冰水的含量 估算大氣凝結(jié)產(chǎn)生降水的效率 評(píng)估云對(duì)大氣加熱率廓線的影響44衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） u 定量評(píng)估天氣和氣候預(yù)報(bào)模式中云的作用,改進(jìn)天氣和氣候預(yù)報(bào)質(zhì)量。CloudSat衛(wèi)星提供全球范圍內(nèi)云系的垂直結(jié)構(gòu)探測(cè),將有助于認(rèn)識(shí)云是如何影響當(dāng)?shù)鼗虼蟪叨却髿庖约霸茖?duì)輻射環(huán)境的影響機(jī)

23、制;u 定量評(píng)估云系垂直剖面中的液態(tài)水和冰水含量與云輻射特征間的關(guān)系。CloudSat衛(wèi)星提供云液水和冰水含量的垂直剖面,還提供關(guān)于體積云微物理特征以及與其相應(yīng)的光學(xué)特征的信息; CloudSat CloudSat 衛(wèi)星的主要科學(xué)目標(biāo)是衛(wèi)星的主要科學(xué)目標(biāo)是: :45衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 3. 定量評(píng)估現(xiàn)有衛(wèi)星資料反演的云特征, 促進(jìn)發(fā)展遙感觀測(cè)云的新方法;4. 增強(qiáng)對(duì)氣溶膠與云相互作用的認(rèn)知水平。46衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 3、CloudSat衛(wèi)星的數(shù)據(jù)產(chǎn)品衛(wèi)星的數(shù)據(jù)產(chǎn)品CloudSat衛(wèi)星主要有兩類數(shù)據(jù)產(chǎn)品：衛(wèi)星主要有兩類數(shù)據(jù)產(chǎn)品：u 一類是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品(standard da

24、ta products， 簡(jiǎn)稱DSPs) ， u 另一類是輔助數(shù)據(jù)產(chǎn)品(auxiliary data products) 。 其中，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品按照反演的等級(jí)分為兩級(jí)( level 1、level 2 ) 。區(qū)別: level 1產(chǎn)品是通過衛(wèi)星上搭載的云雷達(dá)直接得到的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，而level 2 產(chǎn)品是根據(jù)level 1產(chǎn)品結(jié)合其他衛(wèi)星產(chǎn)品反演得到的。47衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） CloudSat標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品分類48衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） l1 級(jí)輔助產(chǎn)品（1A - AUX） 、l歐洲中心中尺度天氣預(yù)報(bào)輔助產(chǎn)品(ECMWF - AUX ) lMODIS 輔助產(chǎn)品(MODIS - AUX

25、 )l激光雷達(dá)輔助產(chǎn)品( LIDAR - AUX ) 4 類。 其中，MODIS和LIDAR 分別是“A -Train” 衛(wèi)星群中的Aqua 衛(wèi)星和CALIPSO衛(wèi)星上搭載的儀器，可以說(shuō)CloudSat衛(wèi)星資料是將“A - Train” 衛(wèi)星群中不同衛(wèi)星獲得的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行融合處理， 從而得到云的各種數(shù)據(jù)產(chǎn)品。CloudSat輔助產(chǎn)品分類49衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） Start of orbitEnd of orbitGreenland ice sheetAntarctic ice sheet30 km of uncalibrated 94-GHz radar reflectivity fa

26、ctorClouds! 使用美國(guó)國(guó)家航空和航天管理局(NASA)數(shù)據(jù)產(chǎn)品中心提供的“quicklook”成像軟件可以看到一個(gè)衛(wèi)星軌道上某一段(所選顏色段)云的垂直掃描情況，如圖所示。50衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 1B-CPR產(chǎn)品產(chǎn)品 1B-CPR標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品主要提供CloudSat衛(wèi)星CPR接收到的垂直方向上的雷達(dá)回波強(qiáng)度信息。CRP原始數(shù)據(jù)是Level 0，它將測(cè)量的后向反射能量看作云體與雷達(dá)距離的函數(shù)，并根據(jù)飛行前和飛行中的校準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器數(shù)據(jù)將其轉(zhuǎn)化 Level 1B數(shù)據(jù)。51衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 1B-CPR產(chǎn)品產(chǎn)品52衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） b) 2B-TAU產(chǎn)品產(chǎn)品

27、2B產(chǎn)品是在1B產(chǎn)品的基礎(chǔ)上加工生成的，其中2B-TAU 產(chǎn)品主要包含觀測(cè)和反演的垂直方向上云光學(xué)厚度信息。該產(chǎn)品主要是利用CPR雷達(dá)反射率因子、MODIS大氣頂?shù)妮椛淞亢虴CMWF-AUX的溫、壓、濕和臭氧數(shù)據(jù)，通過貝葉斯統(tǒng)計(jì)方法和輻射傳輸模式反演得到 。53衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） c) 2B-FLXHR產(chǎn)品產(chǎn)品 2B-FLXHR產(chǎn)品利用云中液相和冰相含水量、ECWMF再分析資料的大氣狀態(tài)變量值以及地面反射率數(shù)據(jù)，反演每個(gè)雷達(dá)剖面上的大氣長(zhǎng)波輻射通量和加熱率。在大氣不連續(xù)面上計(jì)算向上和向下長(zhǎng)波和短波通量，并且利用這些通量求得到相應(yīng)的加熱率。54衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） d) 2B-

28、GEOPROF產(chǎn)品產(chǎn)品 CloudSat衛(wèi)星軌道緊隨Aqua衛(wèi)星，該衛(wèi)星攜帶被動(dòng)的遙感探測(cè)儀來(lái)觀測(cè)地球，這種協(xié)同觀測(cè)大大增加對(duì)CloudSat衛(wèi)星的幾何剖面的理解。特別地，MODIS(moderate-resolution imaging spectrora-diometer)將提供在CloudSat衛(wèi)星軌跡上的云的水平分布和存在的信息。MODIS云量不僅包含了在1km相元上云存在的可能性，也包含MODIS觀測(cè)的波譜輻射檢驗(yàn)結(jié)果，這些波譜輻射數(shù)據(jù)對(duì)確定垂直方向上云的性質(zhì)提供有用信息。 2B-GEOPROF是在MODIS提供的云水平分布、云量等協(xié)同觀測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，采用GEOPRO方法反演云量、氣

29、體衰減和雷達(dá)反射率因子的信息。 55衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） d) 2B-GEOPROF產(chǎn)品產(chǎn)品56衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 2B-GEOPROF-LIDAR 產(chǎn)品通過CPR和CALIPSO激光雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)合反演云的剖面產(chǎn)品，產(chǎn)品包含的內(nèi)容與2B-GEOPROF相同。由于兩種觀測(cè)衛(wèi)星儀器具有不同的空間范圍，在反演中采用觀測(cè)權(quán)重方法來(lái)確定儀器與產(chǎn)品之間的協(xié)同問題。以兩個(gè)衛(wèi)星觀測(cè)空間概率為基礎(chǔ)，建立如下的權(quán)重函數(shù)關(guān)系：在此， 為某雷達(dá)觀測(cè)范圍內(nèi)的激光雷達(dá)剖面數(shù)， 和 表示雷達(dá)附近上形成的空間面積大小，下標(biāo) 和 分別代表雷達(dá)和激光雷達(dá)， 是某一要素出現(xiàn)的空間概率。ixylrPe) 2B-G

30、EOPROF-LIDAR產(chǎn)品產(chǎn)品57衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） e) 2B-GEOPROF-LIDAR產(chǎn)品產(chǎn)品58衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） f) 2B-CLDCLASS產(chǎn)品產(chǎn)品 2B-CLDCLASS產(chǎn)品是利用垂直和水平云特征、降水是否出現(xiàn)、云體溫度、MODIS輻射數(shù)據(jù)來(lái)確定云分類信息，分類的主要依據(jù)是根據(jù)云相態(tài)、水凝物濃度、形狀和滴譜分布四個(gè)基本因子。目前已能判斷St、Sc、Cu、Ns、Ac、As、深對(duì)流和高云等八種基本云型的反演方法和指標(biāo)。59衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） f) 2B-CLDCLASS產(chǎn)品產(chǎn)品60衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 云分類的反演方法主要按照下列步驟：1. 利

31、用CPR雷達(dá)云量觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定云團(tuán)存在與否2. 云團(tuán)被確定，那么云高、溫度、最大反射率 以及降水是否出現(xiàn)則也將確定。根據(jù)云體水平和垂直位置、最大反射率因子、降水水平范圍等因子，降水云被分類為Ns、St、Sc、Ac和深對(duì)流云；非降水云則根據(jù)云的高度和溫度，將其分為高、中、低云。 云分類的反演方法，是對(duì)于每種特征參數(shù)設(shè)置不同的閾值，這是一種簡(jiǎn)單且容易操作的方法，但是反演分類的結(jié)果卻對(duì)閾值非常敏感。目前，反演中采用閾值與模糊理論分類方法的結(jié)合。f) 2B-CLDCLASS產(chǎn)品產(chǎn)品61衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 8種主要類型云的典型特征62衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） g) 2B-CWC-RO產(chǎn)品產(chǎn)

32、品 2B-CWC RO產(chǎn)品提供雷達(dá)探測(cè)剖面上水凝物的含水量、數(shù)濃度及有效半徑的信息。CWC算法分別反演冰相云和液相云的微物理特征，反演假定雷達(dá)剖面分別是由液水或冰水組成的，而不是二者的混合物，冰相和液相的區(qū)分方法是通過ECMWF模式提供等溫度來(lái)判斷。 2B-CWC-RO產(chǎn)品反演過程如下：首先依據(jù)2B-GEOPROF產(chǎn)品的云量信息確定有云存在的探測(cè)剖面；利用2B-CIDCLASS產(chǎn)品判定探測(cè)剖面上云的類型(液相或冰相)；基于氣候的和溫度的以及其他標(biāo)準(zhǔn)，假定每塊云體液相或冰相粒子的滴譜分布；利用假定的先驗(yàn)值和2B-GEOPROF的雷達(dá)觀測(cè)，反演每塊云體的液相和冰相滴譜參數(shù)。63衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 64衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） h) 輔助產(chǎn)品輔助產(chǎn)品 在輔助產(chǎn)品中，MODIS-AUX為中間產(chǎn)品，主要包含了輔助的MODIS輻射