卫星反演冰云特性不一致性研究

Ice clouds on average cover over 20% of the Earth, and significantly influence both radiation budget of the Earth-atmosphere system and large-scale circulations in the atmosphere. Imaging spectroradiometers on board satellites play an important role on inferring ice cloud properties quantitatively and globally (such as MODIS on board both Aqua and Terra, and VIIRS on board NPP), and become one of the most effective methods. Sensors from different satellites, observations from different spectral channels and assumptions of different ice cloud models make it possible for ice cloud property retrievals, however, different retrievals can hardly provide unique cloud properties (optical depth and effective radius in this study) for the same cloud target. This project is proposed to investigate the differences on ice cloud properties retrieved based on different satellites, different channels (i.e. different retrieval algorithms: one based one solar channels and the other based on infrared channels) and different ice cloud models. To achieve this, we will use observations from multiple channels of MODIS and VIIRS and forward radiative transfer models. To minimize the differences and provide more reliable retrieval products, this proposal is also designed to develop a new algorithm for ice cloud retrieval. This project will not only improve our understanding on the microphysical and optical properties of ice clouds, but also provide meaningful experiences on developing ice cloud products of FengYun satellites.

冰云覆盖了超过20%的地球表面，对整个地-气系统的能量收支和大尺度环流都有重要影响。基于星载成像光谱仪（Aqua和Terra卫星搭载的MODIS及新一代NPP卫星搭载的VIIRS）的冰云遥感成为在全球尺度上定量了解冰云特性最重要，也是最有效的手段。不同卫星传感器、不同通道观察及不同冰云模型为冰云特性的反演提供了充足条件，然而对同一目标的不同反演得到的冰云特性（这里针对光学厚度和有效粒子半径）的不一致性却广泛存在。本项目将利用MODIS和VIIRS多通道观测资料，结合辐射传输正演模式，研究基于不同卫星、不同通道(对应分别使用太阳反射通道和红外通道的两种反演算法)和不同冰云模型反演冰云特性不一致的原因，并进一步提出对反演结果的修正方案和反演冰云特性的新算法。本研究既可以增强我们对冰云微物理特性和光学特性的了解，更将为开发适用于我国风云系列卫星的冰云反演算法提供理论基础和借鉴。

冰云覆盖了超过20%的地球表面，对整个地-气系统的能量收支和大尺度环流都有重要影响。基于星载成像光谱仪（Aqua和Terra卫星搭载的MODIS、新一代NPP卫星搭载的VIIRS、葵花8号搭载的AHI以及我国风云4A搭载的AGRI等）的冰云遥感成为在全球尺度上定量了解冰云特性最重要、也是最有效的手段。不同卫星传感器、不同通道观测、不同反演算法及不同冰云模型为冰云特性的反演提供了充足条件，然而对同一目标的不同反演得到的冰云特性（这里针对光学厚度和有效粒子半径）的不一致性却广泛存在。本项目利用MODIS、VIIRS、AHI及AGRI等多通道观测资料，结合辐射传输正演模式，研究基于不同卫星、不同通道和不同冰云模型反演冰云特性不一致的原因。并进一步提出对反演结果的修正方案和反演冰云特性的新算法。.根据项目计划书规划，本项目顺利完成了计划的研究内容，达到研究目标。本项目建立了针对多个卫星成像仪的具有高精度的快速辐射传输正演模型，并开展影响冰云特性反演的各因素分析，系统研究不同卫星类似通道或同一卫星不同通道反演冰云特性的不一致性，最终建立冰云特性反演新算法，显著提高了不同卫星平台反演云光学厚度和有效粒子半径的一致性。同时，在完成计划书计划研究内容基础上，发现要实现一致性较高的冰云特性反演，云识别、云相态的准确性也无法忽略，所以还额外开展了部分针对卫星成像仪的云识别和云相态反演方法的研究。在项目支持下，发表SCI论文16篇，参加国际会议并作口头或墙报报告10余次，项目负责人在项目支持期间分别荣获Elsevier/JQSRT评选的Waterman Award，中国气象学会评选的涂长望青年气象科技奖及美华海洋大气学会评选的Yuxiang Young Scholar Award。本研究的开展既增强了我们对冰云微物理特性和光学特性的了解，更将为开发适用于我国风云系列卫星的冰云反演算法提供理论基础和借鉴。

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