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云是天氣、氣候系統(tǒng)中重要的組成部分，其通過自身物理特性的影響，在全球能量平衡、水分循環(huán)中起著決定性作用。然而，由于云物理特性的觀測(cè)和表征還存在較為明顯的問題，云也成為造成氣候預(yù)測(cè)不確定性的最大來源。蘭州大學(xué)黃建平院士團(tuán)隊(duì)針對(duì)云物理輻射特性，利用半干旱氣候與環(huán)境觀測(cè)站（SACOL）地基遙感設(shè)備，開展長期連續(xù)的觀測(cè)研究，結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺原理，在云信號(hào)識(shí)別、近地面雜波濾除、云分類等方面提出了一系列改進(jìn)算法，在地面和衛(wèi)星遙感上得到有效應(yīng)用。近期發(fā)表在遙感與地球科學(xué)領(lǐng)域國際期刊 IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing。
近年來，該團(tuán)隊(duì)基于微波云雷達(dá)開展了云水含量這一關(guān)鍵參數(shù)新的反演研究。以往傳統(tǒng)方法反演云水含量主要從雷達(dá)反射率因子和含水量的數(shù)學(xué)表達(dá)出發(fā)，通過假設(shè)云滴粒子譜建立二者關(guān)系，并依賴飛機(jī)探測(cè)或模式模擬確定關(guān)系式中的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)得到最終結(jié)果。然而，自然界中云滴粒子譜變化復(fù)雜，使得云水含量的反演一直存在較大誤差。鑒于該方面研究長期存在的問題，團(tuán)隊(duì)從雷達(dá)探測(cè)物理過程出發(fā)，考慮瑞利散射范疇內(nèi)，物質(zhì)對(duì)雷達(dá)電磁輻射傳輸?shù)奈账p遠(yuǎn)大于散射衰減，且衰減程度與物質(zhì)的質(zhì)量相關(guān)，即可以得到雷達(dá)探測(cè)衰減與云水含量之間的正比關(guān)系，避開了算法對(duì)粒子譜分布的假設(shè)需求。團(tuán)隊(duì)成員通過理論分析和數(shù)值模型構(gòu)建，完成了一套云水含量、衰減前后雷達(dá)反射率因子和整層云內(nèi)質(zhì)量吸收衰減相互協(xié)調(diào)的物理方案。經(jīng)各參量自適應(yīng)調(diào)整，團(tuán)隊(duì)使數(shù)值模擬值與雷達(dá)觀測(cè)值之間的損失函數(shù)達(dá)到最小，成功實(shí)現(xiàn)了利用質(zhì)量吸收衰減優(yōu)勢(shì)準(zhǔn)確反演云水含量的前沿研究。
相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1109/TGRS.2023.3278735
云水含量、衰減前后雷達(dá)反射率因子和整層云內(nèi)質(zhì)量吸收衰減協(xié)調(diào)示意圖與理論分析。蘭州大學(xué)供圖。
