QXT177-2012中尺度对流卫星遥感监测技术导则.docx

1、QX/ T177-2012C M Y KICS 07. 060A 47备 案 号 ： 39821-2013中华人民共和国气象行业标准QX / T 177-2012中尺度对流系统卫星遥感监测技术导则Technical directives for satellite remote sensing of mesoscale convective weather systems2012-11-29 发 布 2013-03-01 实 施中 国 气 象 局 发 布中 华 人 民 共 和 国气 象 行 业 标 准中 尺 度 对 流 系 统 卫 星 遥 感 监 测 技 术 导 则Q X /T 1 7 7 2

2、 0 1 2*气 象 出 版 社 出 版 发 行北 京 市 海 淀 区 中 关 村 南 大 街 46号 邮 政 编 码 ： 1 0 0 0 8 1网 址 ： h ttP ： /w w w .c m P .c m a .g o v .c n发 行 部 ： 0 1 0 - 6 8 4 0 9 1 9 8北 京 中 新 伟 业 印 刷 有 限 公 司 印 刷各 地 新 华 书 店 经 销*开 本 ： 8 8 0 1 2 3 0 1 /1 6 印 张 ： 1 字 数 ： 3 0千 字2013年 5月 第 一 版 2013年 5月 第 一 次 印 刷*书 号 ： 1 3 5 0 2 9 - 5 5 7

3、3 定 价 ： 8 .0 0元如 有 印 装 差 错 由 本 社 发 行 部 调 换 版 权 专 有 侵 权 必 究举 报 电 话 ： （ 010)68406301Q X / T 1 7 7 - 2 0 1 2I目 次U吕 皿引 吕 R1 范 围 12 术 语 和 定 义3 数 据 源 要 求114 中 尺 度 对 流 系 统 监 测 方 法 2附 录 A（ 规 范 性 附 录 ） 黑 体 亮 度 温 度 的 计 算 公 式 3附 录 B（ 规 范 性 附 录 ） 特 征 区 面 积 的 计 算 公 式 4 附 录 C（ 规 范 性 附 录 ） 童 心 的 计 算 公 式 5 附 录 D（ 规

4、 范 性 附 录 ） 偏 心 率 的 计 算 6 附 录 E（ 规 范 性 附 录 ） 中 尺 度 对 流 系 统 的 分 类 7 参 考 文 献 8Q X / T 1 7 7 - 2 0 1 2皿。 本 标 准 按 照 GB/T1.1-2009 给 出 的 规 则 起 草 。本 标 准 由 全 国 卫 星 气 象 与 空 间 天 气 标 准 化 委 员 会 （ SAC/TC347） 提 出 并 归 口 。本 标 准 由 国 家 卫 星 气 象 中 心 起 草 。本 标 准 主 要 起 草 人 ： 蒋 建 莹 、 王 瑾 、 刘 年 庆 、 吴 晓 京 。Q X / T 1 7 7 - 2 0

5、 1 2 由 于 中 尺 度 对 流 系 统 很 难 用 常 规 气 象 观 测 资 料 进 行 监 测 ， 所 以 在 监 测 、 临 近 短 时 预 报 等 业 务 中 ， 高 时 空 分 辨 率 的 卫 星 遥 感 成 为 十 分 重 要 的 监 测 于 段 。 目 前 ， 依 据 星 载 仪 器 观 测 的 时 空 分 辨 率 ， 卫 星 对 中 尺 度 云 团 适 宜 的 监 测 对 象 是 空 间 尺 度 在 20km 以 上 、 生 命 史 在 几 小 时 以 上 的 对 流 云 团 （ 方 宗 义 等 ， 2006)， 即 日 中 尺 度 系 统 和 中 尺 度 系 统 。 现

6、 阶 段 ， 中 尺 度 对 流 系 统 的 卫 星 遥 感 监 测 主 要 是 分 析 地 球 同 步 轨 道 气 象 卫 星 图 像 中 的 诸 多 云 系 和 水 汽 场 特 征 ， 同 时 兼 顾 极 轨 气 象 卫 星 图 像 和 卫 星 遥 感 物 理 量 探 测 信 息 ， 包 括 温 度 和 湿 度 的 反 演 信 息 、 风 场 资 料 和 微 波 资 料 等 的 分 析 。目 前 ， 在 气 象 行 业 内 利 用 卫 星 遥 感 监 测 中 尺 度 对 流 系 统 的 工 作 已 普 遍 展 开 。 但 由 于 国 内 许 多 专 家 提 出 了 多 种 不 同 的 中

7、尺 度 对 流 系 统 普 查 标 准 ， 不 利 于 普 查 结 果 的 对 比 和 特 征 分 析 。 为 了 更 好 地 发 挥 卫 星 遥 感 信 息 在 中 尺 度 对 流 系 统 监 测 中 的 作 用 ， 有 必 要 在 现 有 遥 感 监 测 技 术 的 基 础 上 ， 统 一 规 定 中 尺 度 对 流 系 统 的 定 义 和 普 查 标 准 。RQ X / T 1 7 7 - 2 0 1 2中 尺 度 对 流 系 统 卫 星 遥 感 监 测 技 术 导 则1 范 围本 标 准 规 定 了 中 尺 度 对 流 系 统 卫 星 红 外 遥 感 监 测 的 数 据 处 理 和 分

8、 类 方 法 。本 标 准 适 用 于 中 尺 度 对 流 系 统 的 卫 星 遥 感 监 测 与 信 息 提 取 。2 术 语 和 定 义2 .1下 列 术 语 和 定 义 适 用 于 本 文 件 。黑 体 亮 度 温 度 t e m p e r a t u r e o f b r g h t n e s s b l a c k b o d y ; T b b由 卫 星 通 过 扫 描 辐 射 观 测 仪 测 得 的 不 同 辐 射 体 表 面 红 外 窗 区 通 道 （ 10m 12.5m） 发 射 的 辐 射率 ， 根 据 普 朗 克 定 律 ， 计 算 出 的 辐 射 体 表 面 温

9、度 。2 .2中 尺 度 对 流 系 统 m e s o s c a l e c o n v e c t v e s y s te m ;M C S卫 星 红 外 云 图 上 ， 有 组 织 、 有 相 当 范 围 的 冷 云 盖 、 水 平 尺 度 在 20km 500km 的 有 对 流 活 动 的 天 气 系 统 。2 .3中 尺 度 对 流 复 合 体 m e s o s c a l e c o n v e c t v e c o m p le x ;M C C红 外 云 图 上 Tbb不 大 于 -52的 冷 云 区 ， 其 面 积 大 于 50000km2， 偏 心 率 （ 冷 云

10、 区 的 短 、 长 轴 之 比 值 ， 下 同 ） 不 小 于 0.7， 持 续 时 间 不 小 于 6h 的 对 流 系 统 。2 .4P 中 尺 度 圆 形 对 流 系 统 m e s o - P c r c u l a r c o n v e c t v e s y s te m ;M P C C S红 外 云 图 上 Tbb不 大 于 -52的 冷 云 区 ， 其 面 积 大 于 30000km 2 且 小 于 或 等 于 50000km 2， 偏 心 率 不 小 于 0.7， 持 续 时 间 不 小 于 3h 的 对 流 系 统 。2 .5持 续 扁 状 对 流 系 统 p e r

11、 s s t e n t e l o n g a t e d c o n v e c t v e s y s t e m ; P E C S红 外 云 图 上 Tbb不 大 于 -52的 冷 云 区 ， 其 面 积 大 于 50000km 2， 偏 心 率 介 于 0.2（ 含 ） 与 0 .7 （ 不 含 ） 之 间 ， 持 续 时 间 不 小 于 6h 的 对 流 系 统 。2 .6P 中 尺 度 的 扁 状 对 流 系 统 m e s o - P e l o n g a t e d c o n v e c t v e s y s t e m ( M P E C S )红 外 云 图 上

12、Tbb不 大 于 -52的 冷 云 区 ， 其 面 积 大 于 30000km 2 且 小 于 或 等 于 50000km 2， 偏 心 率 介 于 0.2（ 含 ） 与 0.7 （ 不 含 ） 之 间 ， 持 续 时 间 不 小 于 3h 的 对 流 系 统 。3 数 据 源 要 求中 尺 度 对 流 系 统 遥 感 监 测 的 数 据 源 应 来 自 装 载 有 红 外 窗 区 通 道 扫 描 辐 射 计 获 取 的 、 经 过 定 位 、 定 标 等 预 处 理 的 静 止 气 象 卫 星 数 据 。1Q X /T 1 7 7 - 2 0 1 24 中 尺 度 对 流 系 统 监 测 方

13、 法4.1 监 测 指 标 的 计 算4.1.1 黑 体 亮 度 温 度 的 计 算 方 法云 顶 黑 体 亮 度 温 度 表 征 云 区 的 对 流 强 度 ， 其 具 体 计 算 公 式 见 附 录 A。4.1.2 特 征 区 面 积 的 计 算 方 法对 流 云 区 的 范 围 大 小 用 特 征 区 面 积 表 示 ， 其 具 体 计 算 公 式 见 附 录 B。4 .1 .3 重 心 的 计 算 方 法童 心 的 位 置 与 中 尺 度 对 流 系 统 内 黑 体 亮 度 温 度 的 分 布 有 关 ， 特 征 区 面 积 的 童 心 坐 标 计 算 公 式 见 附 录 C。4 .1

14、 .4 偏 心 率 的 计 算 方 法偏 心 率 反 映 了 中 尺 度 对 流 系 统 的 形 状 ， 利 用 4.1.3 得 到 的 童 心 坐 标 ， 拟 合 椭 圆 方 程 ， 椭 圆 短 轴 与 长 轴 长 度 的 比 值 即 为 偏 心 率 ， 其 具 体 计 算 公 式 见 附 录 D。4 .1 .5 持 续 时 间 的 计 算利 用 连 续 时 次 的 多 张 卫 星 云 图 ， 计 算 从 开 始 满 足 条 件 时 间 起 到 不 再 满 足 条 件 时 间 止 的 时 间 长 度 。4 .2 监 测 处 理 步 骤4 .2 .1 计 算 红 外 云 图 上 的 T b b

15、；4.2.2 勾 画 Tbb等 于 -52的 边 界 线 ， 估 算 Tbb不 大 于 -52的 特 征 区 面 积 ， 即 计 算 特 征 区 面 积 中 所 有 单 个 像 元 面 积 的 总 和 ；4.2.3 如 果 特 征 区 面 积 大 于 30000km 2， 可 初 步 判 识 为 一 中 尺 度 对 流 系 统 ， 估 算 中 尺 度 对 流 系 统 的 童 心 坐 标 （ 工 0， y0)；4.2.4 利 用 得 到 的 童 心 坐 标 （ 工 0， y0)， 拟 合 椭 圆 方 程 ， 得 到 偏 心 率 ；4.2.5 计 算 中 尺 度 对 流 系 统 的 持 续 时 间

16、 。4.3 中 尺 度 对 流 系 统 的 分 类 方 法依 据 4.2获 得 的 云 团 的 Tbb、 特 征 区 面 积 、 童 心 和 偏 心 率 等 特 征 ， 可 把 卫 星 云 图 上 的 中 尺 度 对 流 系 统 按 特 征 阔 值 主 要 分 为 MCC、 M CCS、 PECS、 M ECS4类 中 尺 度 对 流 系 统 ， 见 附 录 E。日 日注 ： 本 标 准 不 涉 及 冷 云 区 的 T b b大 于 -5 2 且 面 积 小 于 或 等 于 3 0 0 0 0 km 2 和 生 命 史 小 于 3 h的 对 流 系 统 以 及 对 流 云 团 的 分 裂 或

17、合 并 等 。2Q X /T 1 7 7 - 2 0 1 2附 录 A（ 规 范 性 附 录 ）黑 体 亮 度 温 度 的 计 算 公 式在 红 外 波 段 ， 当 地 球 作 为 遥 感 靶 面 时 ， 其 比 辐 射 率 几 乎 不 随 波 长 变 化 ， 且 接 近 黑 体 。 因 此 ， 常 把 地 球当 做 黑 体 来 处 理 。 黑 体 辐 射 满 足 普 朗 克 定 律 ， 即式 中 ：T 黑 体 亮 度 温 度 ；h 普 朗 克 常 数 ；c 光 速 ；K 玻 尔 兹 曼 参 数 ； 波 长 ； 波数 ；T = h c /K l n 2 h c 2/ ( B ( ， T ) 5

18、)十 1 ( A. 1 )B (， T ) 黑 体 辐 射 出 射 度 。3Q X /T 1 7 7 - 2 0 1 2附 录 B（ 规 范 性 附 录 ）特 征 区 面 积 的 计 算 公 式首 先 确 定 中 尺 度 对 流 系 统 的 周 边 界 限 （ 指 -52的 边 界 线 ） 并 利 用 式 （ B.1） 计 算 特 征 区 面 积式 中 ：S 特 征 区 面 积 ；i 工 方 向 网 格 点 序 号 ； J y 方 向 网 格 点 序 号 ； S iJ 像 元 面 积 ；11S = :6 S iJ （ B .1 ）iJ = 111 该 中 尺 度 对 流 系 统 包 含 的 像

19、 元 个 数 。4Q X /T 1 7 7 - 2 0 1 2附 录 C（ 规 范 性 附 录 ）重 心 的 计 算 公 式中 尺 度 对 流 系 统 的 童 心 计 算 公 式 见 （ C.1)、 式 （ C.2):工 0 =11:6 工 itii= 111:6 t ii= 1（ C .1 )式 中 :y 0 =11:6 y it ii= 111:6 t ii= 1（ C .2 )工 0 y 0 中 尺 度 对 流 系 统 的 童 心 坐 标 ；工 i 第 i 个 像 元 的 经 度 ；y i 第 i 个 像 元 的 纬 度 ；ti 第 i个 像 元 T b b的 值 ；11 中 尺 度 对

20、 流 系 统 包 含 的 像 元 个 数 。5y y 02，p =q =Q X /T 1 7 7 - 2 0 1 2附 录 D（ 规 范 性 附 录 ）偏 心 率 的 计 算已 知 拟 合 椭 圆 方 程 见 式 （ D.1)：式 中 ：（ 工 工 0)2a 2十（ ) 2b 2 = 1 （ D .1 )工 0 ， y0 中 尺 度 对 流 系 统 的 童 心 坐 标 ；a 拟 合 椭 圆 的 长 轴 ；b 拟 合 椭 圆 的 短 轴 。求 解 式 （ D.1)， 令 拟 合 椭 圆 的 中 心 位 于 中 尺 度 对 流 系 统 的 童 心 ， 通 过 最 小 二 乘 拟 合 可 得 其 长

21、 轴 和 短轴 的 求 解 公 式 ， 见 式 （ D.2) 式 （ D.4)：11 11 11 11:6 （ 工 i 工 0 ) 2:6 （ y i y 0 ) 4 :6 （ y i y 0 ) 2:6 （ 工 i 工 0 ) 2（ y i y 0 ) 2i= 1 11 i= 1 11 i= 1 11 i =1（ D. 2 ):6 （ 工 i 工 0 ) 4:6 （ y i y 0 ) 4 :6 （ 工 i 工 0 ) 2（ y i y 0 ) 2 i= 111i =111i= 111 11:6 （ 工 i 工 0 ) 2:6 （ 工 i 工 0 ) 2（ y i y 0 ) 2 :6 （

22、y i y 0 ) 2:6 （ 工 i 工 0 ) 4i= 111i =1i= 111i= 111 （ D. 3 ):6 （ 工 i 工 0 ) 2（ y i y 0 ) 2 2 :6 （ y i y 0 ) 4:6 （ 工 i 工 0 ) 4i= 1 i= 11 1a = 槡 b =i =1 （ D .4 )式 中 ：p 槡 q工 i 中 尺 度 对 流 系 统 的 周 边 界 限 （ 指 -52的 边 界 线 )第 i个 观 测 点 的 经 度 值 ； yi 中 尺 度 对 流 系 统 的 周 边 界 限 （ 指 -52的 边 界 线 )第 i个 观 测 点 的 纬 度 值 ； 11 边

23、界 上 值 为 -52的 Tbb像 元 个 数 ；a 拟 合 椭 圆 的 长 轴 ；b 拟 合 椭 圆 的 短 轴 。偏 心 率 的 计 算 公 式 见 式 （ D.5)：式 中 ：a 拟 合 椭 圆 的 长 轴 ； b 拟 合 椭 圆 的 短 轴 ， e 偏 心 率 。e = ba（ D. 5 )6Q X /T 1 7 7 - 2 0 1 2附 录 E（ 规 范 性 附 录 ）中 尺 度 对 流 系 统 的 分 类中 尺 度 对 流 系 统 的 分 类 见 表 E.1 表 E.1 中 尺 度 对 流 系 统 的 分 类判 据 M C C M 日 C C S P E C S M 日 E C S

24、尺 度 范 围 S a 5 0 0 0 0 k m 2 3 0 0 0 0 k m2 5 0 0 0 0 k m 2 3 0 0 0 0 k m 2 S a 5 0 0 0 0 k m 2持 续 时 间 三 6 h 三 3 h 三 6 h 三 3 h形 状边 界 为 -52 的 冷 云 区 达 最 大 范 围 时 ， 偏 心 率 三 0.7边 界 为 -52 的 冷 云 区 达 最 大 范 围 时 ， 偏 心 率 三 0.7边 界 为 - 5 2 的 冷 云 区 达 最 大 范 围 时 ， 0 .2 偏 心 率 0 .7边 界 为 -52 的 冷 云 区 达 最大 范 围 时 ， 0.2 偏

25、心 率 0.7发 生 时 间 开 始 满 足 条 件 的 时 间 开 始 满 足 条 件 的 时 间 开 始 满 足 条 件 的 时 间 开 始 满 足 条 件 的 时 间最 大 范 围（ 成 熟 ） 时 间连 续 冷 云 区 （ Tbb 值 不 大 于 -52） 达 到 其 最 大 面 积 时 间连 续 冷 云 区 （ Tbb 值 不 大 于 -52） 达 到 其 最 大 面 积 时 间连 续 冷 云 区 （ Tbb 值 不 大 于 -52） 达 到 其 最 大 面 积 时 间连 续 冷 云 区 （ Tbb 值 不 大 于-52） 达 到 其 最 大 面 积 时 间终 止 时 间 不 再 满

26、 足 条 件 的 时 间 不 再 满 足 条 件 的 时 间 不 再 满 足 条 件 的 时 间 不 再 满 足 条 件 的 时 间a T b b不 大 于 -5 2 的 冷 云 区 面 积 7Q X / T 1 7 7 - 2 0 1 2参 考 文 献1J 董 超 华 ， 章 国 才 ， 邢 福 源 ， 等 .气 象 卫 星 产 品 释 用 于 册 .北 京 .气 象 出 版 社 ， 1999.2J 段 旭 ， 张 秀 年 ， 许 美 玲 .云 南 及 其 周 边 地 区 中 尺 度 对 流 系 统 时 空 分 布 特 征 .气 象 学 报 ， 2004，6 2 ( 2 ) .2 4 3 -

27、 2 4 9 .3 J 方 宗 义 ， 罩 丹 宇 ， 暴 雨 云 团 的 卫 星 监 测 和 研 究 进 展 .应 用 气 象 学 报 ， 2006， 17(5).583-593. 4 J 费 增 坪 ， 郑 永 光 ， 王 洪 庆 .2003 年 淮 河 大 水 期 间 MCS的 普 查 分 析 .气 象 ， 2005， 31 (1 3 ).1 8 - 2 2 . 5J 费 增 坪 ， 郑 永 光 ， 张 炎 ， 等 .基 于 静 止 卫 星 红 外 云 图 的 MCS 普 查 研 究 进 展 及 标 准 修 订 .应 用气 象 学 报 ， 2 0 0 8 ， 1 9 (1 ).8 2 -

28、 9 0 .6 J 江 吉 喜 ， 项 续 康 ， 范 梅 珠 .青 藏 高 原 夏 季 中 尺 度 强 对 流 系 统 的 时 空 分 布 .应 用 气 象 学 报 ，1 9 9 6 ， 7 (4 ) .4 7 4 - 4 7 8 .7J 李 玉 兰 ， 王 婿 熔 ， 郑 新 江 ， 等 .我 国 西 南 - 华 南 地 区 中 尺 度 对 流 复 合 体 (M CC)的 研 究 .大 气科 学 ， 1 9 8 9 ， 1 3 (4 ).4 1 7 - 4 2 2 .8 J 马 禹 ， 王 旭 ， 陶 祖 钮 .中 国 及 其 邻 近 地 区 中 尺 度 对 流 系 统 的 普 查 和 时

29、 空 分 布 特 征 .自 然 科 学进 展 ， 1 9 9 7 ， 7 (6 ).7 0 1 - 7 0 6 .9J 马 禹 ， 王 旭 ， 陶 祖 钮 .新 疆 特 大 暴 雨 过 程 中 的 中 尺 度 对 流 系 统 特 征 .新 疆 气 象 ， 1998， 21(6).3 - 7 .10J 陶 祖 钮 ， 王 洪 庆 ， 王 旭 ， 等 .1995年 中 国 的 中 -尺 度 对 流 系 统 .气 象 学 报 ， 1998， 56(2).1 6 6 - 1 7 7 .11J 谢 静 芳 ， 王 晓 明 .东 北 地 区 中 尺 度 对 流 复 合 体 的 卫 星 云 图 特 征 .气

30、 象 ， 1995， 21(5).41-44.1 2 J 杨 本 湘 ， 陶 祖 钮 .青 藏 高 原 东 南 部 MCC 的 地 域 特 点 分 析 .气 象 学 报 ， 2 0 0 5 ， 6 3 (2 ).2 3 6 - 2 4 2 .1 3 J 郑 永 光 ， 陈 炯 ， 陈 明 轩 ， 等 .北 京 及 周 边 地 区 5 8 月 红 外 云 图 亮 温 的 统 计 学 特 征 及 其 天 气学 意 义 .科 学 通 报 ， 2 0 0 7， 5 2 (1 4 ).1 7 0 0 - 1 7 0 6 .1 4 J 郑 永 光 ， 朱 佩 君 ， 陈 敏 ， 等 .1993-1996

31、黄 海 及 其 周 边 地 区 M C S 的 普 查 分 析 .北 京 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )， 2004， 40(1).66-72.1 5 J Jir a k IL ， C o t t o n W R ， M c A n e lly R L .S a t e llit e a n d r a d a r s u r v e y o fm e s o s c a le c o n v e c t iv e s y s t e m d e v e lo P m e n t .M o 1 1 .W e a .R e V .， 2 0 0 3 ， 1 3 1 .2 4 2 8 -

32、 2 4 4 9 .1 6 J M a d d o x R A .M e s o s c a le c o n v e c t iv e c o m P le x e s .B u L L A m e r M e te o r S o c ， 1 9 8 0 ， 6 1 ( 1 1 ) .1 3 7 4 - 1 3 8 7 .1 7 J 0 r la n s k iI.A r a t io n a ls u b d iv is io n o f s c a le s f o r a t m o s P h e r ic P r o c e s s e s . B u L L .A m e r .M e te - o r o L .S o c .， 1 9 7 5 ， 5 6 .5 2 7 - 5 3 0 .8