蘭州大學(xué)《衛(wèi)星氣象學(xué)》第4章-美國氣象衛(wèi)星觀測系統(tǒng)-4-TRMM

1、1衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 2衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 3衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） uTRMM是美國地球探測系列衛(wèi)星的組成部分，是由美國和日本共同合作開展的熱帶降雨測量計劃。u衛(wèi)星由日本于1997年11月28日發(fā)射升空。軌道傾角35o，高度350km圓形軌道，每天繞地球16圈。TRMM熱帶降雨測量衛(wèi)星熱帶降雨測量衛(wèi)星 (Tropical Rainfall Measuring Mission)u原設(shè)計壽命為3 年，經(jīng)歷近4 年的運行，衛(wèi)星及其搭載儀器工作狀態(tài)仍然良好，因此NASA 決定讓它繼續(xù)服務(wù)。u在2001 年8 月以后，為減少功耗將軌道高度提升到距地面403 km ，因此所有儀

2、器的探測范圍均有所增加。4衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） u遙感探測儀器：測雨雷達(PR) ，微波成像儀(TMI) ， 可見光紅外掃描儀(VIRS) ，CERES ，和閃電成像感應(yīng)器(LIS)兩種儀器。u首次將日本制作的PR裝載于衛(wèi)星上，以達到最精確地測量降水，但由于能源和重量的限制，由PR提供大范圍降水測量是不實際的。u美國制造的TMI和VIRS。為降低造價，這兩個儀器采用的是近年來已經(jīng)廣泛用于反演降水的SSM/I 和用于極軌衛(wèi)星和靜止衛(wèi)星上的AVHRR。uTMI和VIRS較PR儀器有更大的觀測范圍，而PR提供更精確的降雨測量，作為標(biāo)準(zhǔn)校正TMI和VIRS的反演算法。5衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一

3、版） 發(fā)射目的發(fā)射目的u降雨在水循環(huán)中發(fā)揮著重要的作用, 它是推動氣候變化機制的重要因素。u地球表面2/3的面積屬于熱帶, 熱帶降雨是全球規(guī)模的大氣循環(huán)的基本動力源之一。uTRMM 進行全球尺度的降雨觀測, 包括觀測點很少的熱帶海洋區(qū)域，是第一次用于定量測量熱帶降雨的空間衛(wèi)星計劃。u目的：觀測和研究熱帶降雨過程, 更多地了解熱帶降雨對全球氣候系統(tǒng)的影響。6衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 7衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） uPR 工作頻率13.8GHz, 波長2.2cm。天線為128 單元開槽式波導(dǎo)陣列、主動相控陣系統(tǒng)。天線口徑2.1m 2.1m , 3dB 波束寬度0.71。u星下點水平分辨率4.

4、3km , 刈幅寬度215km , 每條掃描線由49 個象素(即角庫) 組成。從地表到20km 高度, 徑向分辨率(即距離庫長) 250m。uPR 峰值發(fā)射功率 500W , 脈沖寬度1.67s, 脈沖重復(fù)頻率2776GHz。接收機采用低噪聲放大器, 整機噪聲-111dBm , 最小可探測雨強在降水云云頂處為0.7mm/h。降雨雷達PR軌道高度為350km8衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） uPR是第1 個提供暴雨結(jié)構(gòu)三維圖的星載儀器, 通過接收來自發(fā)射微波后經(jīng)降雨反射的信號來量測降雨的三維分布, 提供關(guān)于熱帶雨系統(tǒng)和全球潛熱時間系列的數(shù)據(jù)和資料, 從而改進對全球能量蓄積和氣候差異的了解。u量測數(shù)

5、據(jù)產(chǎn)生關(guān)于降雨強度、降雨分布、降雨類型、暴雨深度、雪融化為雨的高度等信息?；谶@些量測的釋放到大氣中不同高度熱量的估計值可用于改善全球大氣循環(huán)的模型。uPR重要的特征之一是能提供從地面到20 km高度的雨雪的垂直廓線。降雨雷達能分離出垂直采樣大小為250m 的雨反射波。9衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） u降雨雷達PR 能觀測雨和地表的后向散射, 3 8o入射角的后向散射受到植被冠層吸收( 散射) 的很大影響, 因此弱信號對應(yīng)濃密植被； 9 13o入射角的水體后向散射更強；光滑表面( 如沙漠) 的信號弱；u 因此, 利用PR 能識別土地覆蓋。來自PR 的后向散射數(shù)據(jù)不僅包含土壤濕度信息, 而且還有

6、植被數(shù)量和地表粗糙度信息。10衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 微波成像儀TMIuTMI 是5 頻率9 通道微波輻射計。5 頻率為10.7、19.4、21.3、37 和85.5GHz, 其中21.3GHz 僅為V 極化, 其余均為雙極化。天線掃描最大天底角為49, 刈幅寬度760km , 象素分辨為6 50km。uTMI通過量測地球和大氣發(fā)射的微小的微波能量, 定量計算大氣中的水蒸汽、云中的水分和降雨強度。uTMI 是衛(wèi)星上提供大范圍定量降雨信息的多通道/雙極化、被動微波傳感器, 提供海洋上的降雨速率有關(guān)數(shù)據(jù), PR提供的信息有助于改善算法。uTMI 數(shù)據(jù)和PR 數(shù)據(jù)是降雨量測的主要數(shù)據(jù)集。11衛(wèi)

7、星氣象學(xué)電子課件（第一版） 可見/ 紅外掃描儀VIRSuVIRS 具有0.63、1.6、3.75、10.8 和12 m 五個通道, 天線橫軌掃描, 刈幅寬度720km ,星下點分辨率2km。VIRS 可為降水測量提供云高和云類型等信息, 也可進行單獨估計降水的研究。uVIRS 是很直接的降雨指示器, 它是一個被動式掃描輻射儀, 在各個光譜波段的輻射強度用于確定輻射源的亮度( 可見光和近紅外區(qū)域) 和溫度( 紅外區(qū)域) 。如果天空晴朗, 溫度將對應(yīng)地球表面的溫度; 如果有云, 溫度將對應(yīng)云頂?shù)臏囟取＠錅囟犬a(chǎn)生短波波段更大的強度, 暖溫度產(chǎn)生長波波段更大的強度。12衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 閃

8、電成像儀LISu閃電成像儀LIS是一個很小的復(fù)雜儀器, 能探測和診斷全球熱帶區(qū)域的閃電。uLIS 能在全球尺度上測量閃電和雷暴活動, 其視域允許傳感器持續(xù)觀測地球上的某一點或云80s, 來估算閃電率, 推斷暴風(fēng)雨是加強或衰退u提供關(guān)于云特性、暴風(fēng)雨動力、雷暴季節(jié)或年變化的信息; 研究地球上云到云、云到地球、云內(nèi)部的閃電和分布。uLIS數(shù)據(jù)與PR、TMI、VIRS 數(shù)據(jù)的結(jié)合能調(diào)查全球閃電率與降雨和其他暴風(fēng)雨特性的關(guān)系。13衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） 14衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） TRMM衛(wèi)星產(chǎn)品uTRMM衛(wèi)星提供三個等級的資料。u 一級資料：定標(biāo)的和定位的資料。對于TMI和VIRS資料計

9、算處理由TRMM科學(xué)和數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)（TSDIS）完成得到，對于PR資料計算處理則由日本國家空間發(fā)展局（NASDA）完成，它將雷達接收到的功率轉(zhuǎn)化為反射率15衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） u 二級資料：(1) 2A12: TMI觀測區(qū)內(nèi)的地面降水和三維水分結(jié)構(gòu)、潛熱加熱(2) 2A21: 雷達表面散射截面，總的路徑衰減(3) 2A23: 探測亮帶BB、區(qū)分降水類型（對流降水還是穩(wěn)定性降水）(4) 2A25: 估計PR觀測的地面和三維水分結(jié)構(gòu)(5) 2B31: PR和TMI合成的地面降水和三維水分、滴譜分布參數(shù)的垂直結(jié)構(gòu)16衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） u 三級資料（5ox5o）：(1) 3A11

10、: TMI月降水估計(2) 3A25: PR Level 2 產(chǎn)品的空間統(tǒng)計(3) 3A26: 利用多閾值技術(shù)進行降水率空間統(tǒng)計(4) 3B31: PR-TMI月平均降水(5) 3B42: 50N50S范圍高質(zhì)量微波、紅外降水3小時0.25ox0.25o融合產(chǎn)品(6) 3B43:TRMM和其他產(chǎn)品的融合降水產(chǎn)品17衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） uTRMM 衛(wèi)星資料在熱帶降水的測量、降水預(yù)報準(zhǔn)確率的提高、暴雨研究、預(yù)報模式的數(shù)據(jù)同化、熱帶海面溫度反演、熱帶氣旋的觀測等方面均有較好應(yīng)用。u閃電圖像儀及云和地球輻射能量系統(tǒng)的測量資料在熱帶和亞熱帶的閃電分布和氣候模式研究方面也有很大的應(yīng)用價值。u可以

11、充分地利用TRMM 的數(shù)據(jù)資源來改進天氣、氣候預(yù)報的精度,同時加深對熱帶和亞熱帶地區(qū)降水特性的理解。18衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） “QUICKLOOKS” at TRMM orbits19衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） Tropical Cyclone SandraOn March 11, 2013 the TRMM satellite twice flew above weakening tropical cyclone Sandra.20衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） Latest Week of Rainfall AccumulationGlobalAsia21衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版

12、） Rain Averages & Anomalies22衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） ENSO Precipitation Index (ESPI) ESPI is calcuated with precipitation anomalies from two areasin the Pacific Ocean and quantifies the strength of ENSO, in terms of regional rainfall changes23衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版） Rainfall Climatology from 3B43Averaging all available Monthly 0.25 x0.25 3B43 merged TRMM and other sources estimates data. The images cover the globe from 40 North to 40 South.24衛(wèi)星氣象學(xué)電子課件（第一版）