析主 要 采 用 了 逐 步 订 正 方 案 ， 具体算法见文献 ［ ］ ， 获得的云参数包 括 三 维 云 量 场 、 大 气 柱 云 量、 １ ２ 云底高 度 、 云 顶 高 度 等， 产生的三维云量场用于 云 冰 含 量、 云 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 中其他云物理参数 如 云 水 含 量 、 分类等的计算 。
究， 鄢俊一等
［ １ ０］
、 李永 平 等
［ １ １］
、 施丽娟等
［ １ ２］
、 管成功
２ ０ １ ０ ０ １ １ ４ 收到 ， ２ ０ １ ０ １ ０ ２ ０ 收到再改稿 。 资助项目 ： 国家自然科学基金项目 （ ） ， 中国气象局局校合作小型建设项目 （ ） ， 中国气象 局 气 象 新 技 术 推 广 项 目 （ ， ４ ０ ９ ０ ５ ０ １ ５ ２ ２ ０ ０ ５ ０ ８ Ｃ ＭＡ Ｔ Ｇ ２ ０ ０ ８ Ｚ ０ ８ ） Ｃ ＭＡ Ｔ Ｇ ２ ０ ０ ８ Ｚ ０ ４ ： ｍ ａ ｉ ｌ ｌ ｉ ｕ ｒ ｘ ｍ ａ ． ｏ ｖ ． ｃ ｎ Ｅ ＠ｃ ｇ
刘瑞霞 ， 陈洪滨 ， 师春香 ， 等 ．多源观测数据在 Ｌ 应用气象学报 ， （ ） ： Ａ Ｐ Ｓ 三维云量场分析中的应用 ． ２ ０ １ １， ２ ２ １ １ ２ ３ １ ２ ８．
多源观测数据在 犔 犃 犘 犛 三维云量场分析中的应用
） ） ） ） ） ） ２ ３ １ ２ ３ ３ 刘瑞霞１） 陈洪滨 师春香 张晓虎
多源观测数据在 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 三维云量场分析中的应用 １ ２ ５ 第 １ 期 刘瑞霞等 ：
试验得到 的 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ三维云量场沿３ ９ ． ８ ° Ｎ 垂直剖面 图， 空间分 辨 率 为 １ｋ 垂直方向为４ ｍ×１ｋ ｍ， ２ 层。 由图１ 可以看出 ， 如果仅融合背景场数据 （ 即试验１ ） ， 沿３ 北京西部被中 、 低云覆盖 ， 东部地区对流云 ９ ． ８ ° Ｎ 云顶发展到将近 １ 发展比较旺盛 ， １ｋ ｍ 高度 。 在背景 场数据基础上融合地面观测数据后 （ 即试验 ２ ） ， 云底 的云量分布发生了显著变化 ， 在１ １ ６ ． ８ ° １ ７ ． ２ ° Ｅ云 ～１ 底相对背景场 升 高 ， 另外在 ４～５ｋ 出现了１ ｍ 高度 ， 个少云区 。 如果在背景场基础上融合卫星资料 （ 试验 ） ， 在３ ３ ９ ． ８ ° Ｎ 沿线西部 ６ｋ ｍ 以上高空出现了高云 ， 并且北京东部对流云分布型态也发生了变化 ， 云顶云
输出 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 云分析 模 块 保 留 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 原 有 输 入、 接口 。 其中背景场数据 、 地面观测 、 探空观测及雷达 数据的输 入 主 要 采 用 文 献 ［ 的 方 法。 本 研 究 将 １ ５］ Ｆ Ｙ ２ Ｃ气象卫星数据融合进入 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 云 分 析 中， 因此 卫 星 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 原有卫 星数据格 式与 Ｆ Ｙ ２ Ｃ 不同， 数据融合部分做了较大改动 。 首先将卫星各通道数 进行插值及边缘平滑处理 、 太阳高度角 据提取出来 ， 订正 ， 最后按照 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ需要的格式将卫星资料投影 生 成 中 间 文 件， 这些中间文件 到Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 网格 点 上 ， 使用 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 原有接口进入 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 云分析模块 。
应 用 气 象 学 报 第２ ２卷 第１期 Ｖ ｏ ｌ ． ２ ２，Ｎ ｏ ． １ ２ ０ １ １年２月 Ｊ ＯＵＲ ＮＡ ＬＯ ＦＡ Ｐ Ｐ Ｌ Ｉ Ｅ Ｄ ＭＥ Ｔ Ｅ Ｏ Ｒ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｉ Ｃ Ａ ＬＳ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ｆ ｅ ｂ ｒ ｕ ａ ｒ ０ １ １ ｙ２
１ ３］ 在模式初始场 中 增 加 云 变 量 ， 热启动模式也降 等［
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
引 言
数值预报模式多半提供绝 ２ ０ 世纪 ９ ０ 年 代 初， 热的初始条件 ， 即冷启动 。 冷启动时 ， 由于 在非平 衡 模式要进行调整进而达到平衡 初值或扰动条 件 下 ， 态， 必须经过模式的起转过程即 ｓ ｉ ｎ ｕ ｐ ｐ 问题 。 为了 解决这个问题 ， 科学家开始采用非绝 热初始 化方 法 ， 即热 启 动 。 这 种 情 况 下 ， ＮＯＡＡ（ Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌＯ ｃ ｅ ａ ｎ ｉ ｃ Ｓ Ｒ Ｌ ａ ｎ ｄ Ａ ｔ ｍ ｏ ｓ ｈ ｅ ｒ ｉ ｃ Ａ ｄ ｍ ｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ） 下 属 Ｅ ｐ （ ） 发展了 Ｌ Ｅ ａ ｒ ｔ ｈＳ ｓ ｔ ｅ ｍＲ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈＬ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ Ａ Ｐ Ｓ ｙ ｙ （ 系 统， 其中 Ｌ ｏ ｃ ａ ｌＡ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓａ ｎ ｄＰ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎＳ ｓ ｔ ｅ ｍ） ｙ ｙ 的云分析模块 可 以 融 合 多 种 观 测 数 据 ， 得到高分辨 率三维云场提供模式热启 动使 用
图 １ 北京地区 ２ ０ ０ ９年１ １月９日０ ８： ０ ０ 云分析 ５ 种试验获得的沿 ３ ９． ８ ° Ｎ 的三维云量场剖面图 Ｆ ｉ ． １ Ｃ ｒ ｏ ｓ ｓｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｄ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｇ ｃ ｌ ｏ ｕ ｄａ ｍ ｏ ｕ ｎ ｔ ａ ｌ ｏ ｎ ９． ８ ° Ｎａ ｔ ０ ８： ０ ０ ｇ３ ９Ｎ ｏ ｖ ｅ ｍ ｂ ｅ ｒ２ ０ ０ ８ｉ ｎＢ ｅ ｉ ｉ ｎ ｃ ｈ ｅ ｍ ｅ ｓ ｊ ｇｂ ｙ５ｓ
图 ２ 北京地区 ２ ０ ０ ９年１ １月９日０ ８： ０ ０ 云分析 ５ 种试验分析得到的柱总云量 Ｆ ｉ ． ２ Ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｃ ｏ ｌ ｕ ｍ ｎｃ ｌ ｏ ｕ ｄ ｇ ａ ｍ ｏ ｕ ｎ ｔ ａ ｔ ０ ８： ０ ０９Ｎ ｏ ｖ ｅ ｍ ｂ ｅ ｒ２ ０ ０ ８ ｉ ｎＢ ｅ ｉ ｉ ｎ ｃ ｈ ｅ ｍ ｅ ｓ ｊ ｇｂ ｙ５ｓ
２卷 １ ２ ４ 应 用 气 象 学 报 第 ２
２ 个例选取及资料说明
本文 选 取 北 京 地 区 ２ ０ ０ ９年１ １月９日０ ８： ０ ０ （ 北京时 ， 下同 ） 和华南地区 ２ ０ ０ ８年６月１ ２ 日１ ４： ０ ０ 两个个例 ， 分析了融 合 各 种 资 料 后 在 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ云分析 中的效果 。 北 京 地 区 研 究 区 域 为 ３ ９． ３ °～４ ０． ３ ° Ｎ， 研究时段内天气为阴 、 有雪 ； 华南 １ １ ５． ５ ° １ ７． ５ ° Ｅ， ～１ 研究时段 地区研究区域为 １ ４ ° ２ ° Ｎ， １ ０ ２ ° ２ ３ ° Ｅ， ～３ ～１ 内出现了暴雨 。 地 面、 雷达 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 主要融 合 的 数 据 包 括 背 景 场 、 和卫星数据 。 北京地区个例中 ， Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 背景场采用了 北京市气象局快速更新循环同化和预报系统 Ｒ Ｕ Ｃ预 报场资料 ； 融合的地面数据为 地 面人工 站云 量 、 北京 雷 达 数 据 包 括 北 京、 天 ３ 部微波辐 射 仪 的 云 底 高 度 ； 张家口和石家庄 ４ 部降水 雷 达基数 据 ； 卫星 资料 津、 采用了我国 Ｆ Ｙ ２ Ｃ 静止气象卫星 １ １μ ｍ， ３ ． ９μ ｍ和 可见光 通 道 数 据 。 华 南 地 区 个 例 中 ， 背景场采用了 由 于 没 有 微 波 辐 射 仪 数 据， 地面 Ｎ Ｃ Ｅ Ｐ 预报场数 据 ， 雷达数据包括了区域内１ 数据仅采用 人 工 站 云 量 ， ２ 部降水雷达基数据 ； 卫星数据与北京地区个例相同 。
量增多 ； 如果背景场基础上融合雷达数据（ 试验４ ） ， 在 北京西部 ， 也出现了发展比较 旺盛的对 流云系 ； 对照 融合的雷达反射率 （ 图略 ） ， 在沿 ３ ９ ． ８ ° Ｎ 西部 出现 了 较强的雷达回波 ， 因此 ， 有雷达回 波的区域 三 维云 量 地面观测 、 雷达 、 卫星同 得到了订正 。 如果将背景场 、 时进行融合（ 试验５ ） ， 对于云底 ， 地面观测资料起主要 作用 ， 而对于云顶 ， 卫星资料和雷 达资料 均对其结 构 进行了调整 ， 并且卫星资料贡 献相对更 大 ， 而 云层 中 部主要是雷达的调整作用较大 。 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 分析中将大气柱各层中的 云量 最大值 作 为 此气柱的总云量， 称柱云量。 图２为 北 京 地 区 个
１ Ｌ Ａ Ｐ Ｓ及 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 云分析方案简介
Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 是 ＮＯＡＡ 下 属 Ｅ Ｓ Ｒ Ｌ 发展的三维数据 分析系统 ， 它融 合 模 式 背 景 场 、 地 基、 空基等多种观 测数 据 获 得 高 分 辨 率 风 、 温、 压、 湿、 云等大气参
１ ５］ 数［ 。 三维云分 析是 Ｌ 云分 Ａ Ｐ Ｓ 最有 特色的 部分 ，
该文将我国 Ｆ 地 面 观 测 数 据、 雷达数据融合进入 Ｌ Ｙ ２ Ｃ 气象卫星 通 道 数 据 、 Ａ Ｐ Ｓ（ Ｌ ｏ ｃ ａ ｌＡ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓＰ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｙ 三维数据分析系统中 ， 获得了三维云量场分布 ， 并采用北京地区 ２ （ 北京时， 下同） 和 Ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ） ０ ０ ９年１ １月９日０ ８： ０ ０ ｙ 设计了 ５ 种试验对 Ｌ 华 南地区 ２ ０ ０ ８ 年６ 月１ ２ 日１ ４： ０ ０ 个例 ， Ａ Ｐ Ｓ 融合的云量场进行分析 。 结果表明 ： Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 云分 地面观测对云底结构起主要订正作用 ， 雷达观 测 对 云 中 、 低 部 信 息 起 主 要 订 正 作 用， 而卫星云图数据对云顶 析中 ， 分布订正效果显著 ， 卫星资料是获得客观三维云量场不可或缺的数据 。 关键词 ：三维云量场分析 ； ；多源数据 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ
［ ］ １
低了 模 式 ｓ ｉ ｎ ｕ ｐ ｐ 现 象。 国 内 多 个 单 位 引 进 了 开展了三维数据融合及数值 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 系统并本 地 化 ，
１ ４ １ ５］ 模式热启动相关研究 ［ 。 然而对于 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ 中融合
卫星云图进行 云 分 析 的 应 用 仍 较 少 ， 因此本研究将 并对加入卫星资料 卫星云图资 料 融 合 进 入 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ， 以后的云分析 与 融 合 其 他 数 据 （ 雷 达、 地 面） 的云分 析效果进行对 比 ， 探讨各种资料在 Ｌ Ａ Ｐ Ｓ三维云量 场融合中的作用 。