兰州大学《卫星气象学》第4章-美国气象卫星观测系统-4-TRMM

1、1卫星气象学电子课件（第一版） 2卫星气象学电子课件（第一版） 3卫星气象学电子课件（第一版） uTRMM是美国地球探测系列卫星的组成部分，是由美国和日本共同合作开展的热带降雨测量计划。u卫星由日本于1997年11月28日发射升空。轨道倾角35o，高度350km圆形轨道，每天绕地球16圈。TRMM热带降雨测量卫星热带降雨测量卫星 (Tropical Rainfall Measuring Mission)u原设计寿命为3 年，经历近4 年的运行，卫星及其搭载仪器工作状态仍然良好，因此NASA 决定让它继续服务。u在2001 年8 月以后，为减少功耗将轨道高度提升到距地面403 km ，因此所有仪

2、器的探测范围均有所增加。4卫星气象学电子课件（第一版） u遥感探测仪器：测雨雷达(PR) ，微波成像仪(TMI) ， 可见光红外扫描仪(VIRS) ，CERES ，和闪电成像感应器(LIS)两种仪器。u首次将日本制作的PR装载于卫星上，以达到最精确地测量降水，但由于能源和重量的限制，由PR提供大范围降水测量是不实际的。u美国制造的TMI和VIRS。为降低造价，这两个仪器采用的是近年来已经广泛用于反演降水的SSM/I 和用于极轨卫星和静止卫星上的AVHRR。uTMI和VIRS较PR仪器有更大的观测范围，而PR提供更精确的降雨测量，作为标准校正TMI和VIRS的反演算法。5卫星气象学电子课件（第一

3、版） 发射目的发射目的u降雨在水循环中发挥着重要的作用, 它是推动气候变化机制的重要因素。u地球表面2/3的面积属于热带, 热带降雨是全球规模的大气循环的基本动力源之一。uTRMM 进行全球尺度的降雨观测, 包括观测点很少的热带海洋区域，是第一次用于定量测量热带降雨的空间卫星计划。u目的：观测和研究热带降雨过程, 更多地了解热带降雨对全球气候系统的影响。6卫星气象学电子课件（第一版） 7卫星气象学电子课件（第一版） uPR 工作频率13.8GHz, 波长2.2cm。天线为128 单元开槽式波导阵列、主动相控阵系统。天线口径2.1m 2.1m , 3dB 波束宽度0.71。u星下点水平分辨率4.

4、3km , 刈幅宽度215km , 每条扫描线由49 个象素(即角库) 组成。从地表到20km 高度, 径向分辨率(即距离库长) 250m。uPR 峰值发射功率 500W , 脉冲宽度1.67s, 脉冲重复频率2776GHz。接收机采用低噪声放大器, 整机噪声-111dBm , 最小可探测雨强在降水云云顶处为0.7mm/h。降雨雷达PR轨道高度为350km8卫星气象学电子课件（第一版） uPR是第1 个提供暴雨结构三维图的星载仪器, 通过接收来自发射微波后经降雨反射的信号来量测降雨的三维分布, 提供关于热带雨系统和全球潜热时间系列的数据和资料, 从而改进对全球能量蓄积和气候差异的了解。u量测数

5、据产生关于降雨强度、降雨分布、降雨类型、暴雨深度、雪融化为雨的高度等信息。基于这些量测的释放到大气中不同高度热量的估计值可用于改善全球大气循环的模型。uPR重要的特征之一是能提供从地面到20 km高度的雨雪的垂直廓线。降雨雷达能分离出垂直采样大小为250m 的雨反射波。9卫星气象学电子课件（第一版） u降雨雷达PR 能观测雨和地表的后向散射, 3 8o入射角的后向散射受到植被冠层吸收( 散射) 的很大影响, 因此弱信号对应浓密植被； 9 13o入射角的水体后向散射更强；光滑表面( 如沙漠) 的信号弱；u 因此, 利用PR 能识别土地覆盖。来自PR 的后向散射数据不仅包含土壤湿度信息, 而且还有

6、植被数量和地表粗糙度信息。10卫星气象学电子课件（第一版） 微波成像仪TMIuTMI 是5 频率9 通道微波辐射计。5 频率为10.7、19.4、21.3、37 和85.5GHz, 其中21.3GHz 仅为V 极化, 其余均为双极化。天线扫描最大天底角为49, 刈幅宽度760km , 象素分辨为6 50km。uTMI通过量测地球和大气发射的微小的微波能量, 定量计算大气中的水蒸汽、云中的水分和降雨强度。uTMI 是卫星上提供大范围定量降雨信息的多通道/双极化、被动微波传感器, 提供海洋上的降雨速率有关数据, PR提供的信息有助于改善算法。uTMI 数据和PR 数据是降雨量测的主要数据集。11卫

7、星气象学电子课件（第一版） 可见/ 红外扫描仪VIRSuVIRS 具有0.63、1.6、3.75、10.8 和12 m 五个通道, 天线横轨扫描, 刈幅宽度720km ,星下点分辨率2km。VIRS 可为降水测量提供云高和云类型等信息, 也可进行单独估计降水的研究。uVIRS 是很直接的降雨指示器, 它是一个被动式扫描辐射仪, 在各个光谱波段的辐射强度用于确定辐射源的亮度( 可见光和近红外区域) 和温度( 红外区域) 。如果天空晴朗, 温度将对应地球表面的温度; 如果有云, 温度将对应云顶的温度。冷温度产生短波波段更大的强度, 暖温度产生长波波段更大的强度。12卫星气象学电子课件（第一版） 闪

8、电成像仪LISu闪电成像仪LIS是一个很小的复杂仪器, 能探测和诊断全球热带区域的闪电。uLIS 能在全球尺度上测量闪电和雷暴活动, 其视域允许传感器持续观测地球上的某一点或云80s, 来估算闪电率, 推断暴风雨是加强或衰退u提供关于云特性、暴风雨动力、雷暴季节或年变化的信息; 研究地球上云到云、云到地球、云内部的闪电和分布。uLIS数据与PR、TMI、VIRS 数据的结合能调查全球闪电率与降雨和其他暴风雨特性的关系。13卫星气象学电子课件（第一版） 14卫星气象学电子课件（第一版） TRMM卫星产品uTRMM卫星提供三个等级的资料。u 一级资料：定标的和定位的资料。对于TMI和VIRS资料计

9、算处理由TRMM科学和数据信息系统（TSDIS）完成得到，对于PR资料计算处理则由日本国家空间发展局（NASDA）完成，它将雷达接收到的功率转化为反射率15卫星气象学电子课件（第一版） u 二级资料：(1) 2A12: TMI观测区内的地面降水和三维水分结构、潜热加热(2) 2A21: 雷达表面散射截面，总的路径衰减(3) 2A23: 探测亮带BB、区分降水类型（对流降水还是稳定性降水）(4) 2A25: 估计PR观测的地面和三维水分结构(5) 2B31: PR和TMI合成的地面降水和三维水分、滴谱分布参数的垂直结构16卫星气象学电子课件（第一版） u 三级资料（5ox5o）：(1) 3A11

10、: TMI月降水估计(2) 3A25: PR Level 2 产品的空间统计(3) 3A26: 利用多阈值技术进行降水率空间统计(4) 3B31: PR-TMI月平均降水(5) 3B42: 50N50S范围高质量微波、红外降水3小时0.25ox0.25o融合产品(6) 3B43:TRMM和其他产品的融合降水产品17卫星气象学电子课件（第一版） uTRMM 卫星资料在热带降水的测量、降水预报准确率的提高、暴雨研究、预报模式的数据同化、热带海面温度反演、热带气旋的观测等方面均有较好应用。u闪电图像仪及云和地球辐射能量系统的测量资料在热带和亚热带的闪电分布和气候模式研究方面也有很大的应用价值。u可以

11、充分地利用TRMM 的数据资源来改进天气、气候预报的精度,同时加深对热带和亚热带地区降水特性的理解。18卫星气象学电子课件（第一版） “QUICKLOOKS” at TRMM orbits19卫星气象学电子课件（第一版） Tropical Cyclone SandraOn March 11, 2013 the TRMM satellite twice flew above weakening tropical cyclone Sandra.20卫星气象学电子课件（第一版） Latest Week of Rainfall AccumulationGlobalAsia21卫星气象学电子课件（第一版

12、） Rain Averages & Anomalies22卫星气象学电子课件（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卫星气象学电子课件（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卫星气象学电子课件（第一版）