基于云块特征变化的静止气象卫星光学遥感降水估算方法研究

The precipitation estimation based on optical remote sensing information of geostationary meteorological satellite, can compensate for conventional rain gauge and radar, in that the former one can hardly provide accurate surface rainfall and the latter one covers limited area.It is one of an important research topic in the Global Precipitation Climate Program (GPCP). Aimed at the international research frontier, this project tries to develop a precipitation estimation method based on the change of cloud patch characters with Chinese first business geostationary meteorological satellite FY2C. The method is based on the objective phenomenon that precipitation varies with the change of cloud patch characters. Firstly, this project extracts the type, life cycle and movement character of cloud patch from the perspective of cloud patch, based on "the cloud classification and Cb patch tracking system of the geostationary satellite" developed by our workteam. Then, the physical mechanism of precipitation of FY2C satellite is analiezed, and a new precipitation estimation method based on the change of cloud patch characters is developed and verified. The proposed method can overcome the limitation of the traditional precipitation estimation methods of geostationary meteorological satellite which are based either on pixel or regular view field, and may provide new ideas and methods to improve the precipitation estimation of geostationary meteorological satellite, and put forward advice to the precipitation estimation for Chinese subsequent Fengyun geostationary satellite.

利用静止气象卫星的光学遥感信息进行降水估算，可以弥补常规雨量计面雨量代表性差及雷达覆盖面窄的局限，是当今"全球降水气候计划(GPCP)"所列的重要研究课题之一。本项目瞄准这一国际研究前沿，拟针对降水与云块特征变化密切相关的客观现象，以我国首颗业务静止气象卫星FY2C为研究对象，结合项目组开发的"静止气象卫星云分类及积雨云云块跟踪系统"，从云块的角度出发，研究准确判定云块类别、生命史、移动特征的云图参数化方法，探索云块特征变化对降水的影响机制，发展并验证基于云块特征变化的降水估算方法。目标是突破目前基于象元或规则化视场的降水估算方法的局限，研发具有我国自主知识产权的降水估算模型，为提高静止气象卫星降水估算精度提供新思路和新方法，并为我国利用后续的风云静止气象卫星开展降水估算提供科学依据。

利用静止气象卫星的光学遥感信息进行降水估算，可以弥补常规雨量计面雨量代表性差及雷达覆盖面窄的局限，是当今“全球降水气候计划(GPCP)”所列的重要研究课题之一。本项目瞄准这一国际研究前沿，针对降水与云块特征变化密切相关的客观现象，以我国业务静止气象卫星为研究对象：.（1）提出了一套新的提取云特征的参数化方法。本研究针对瞬息万变的云块，根据我国云系降水特征，提出了准确的云分类方法；将云分类结果作为预处理，发展了准确的云块分割方法；针对各类云块特征，比较金字塔光流法和目前采用的相关系数法，提出了适合各类云块的跟踪方法；考虑热力学及动力学机制，提出了各类云块的生命史及移动特征判定方法。该方法针对瞬息万变的云块，可以准确判定云块类别、生命史及移动特征，并系统提取各类云块发展特征参数。.（2）提出一套新的基于云块特征变化的降水估算方法。本项目综合考虑云块的类型、生命史和移动特征，并从云块降水数据库中选择了典型云块。利用对降水敏感的象元参数，建立了典型云块的降水估算模型，作为目标云块降水估算的参考，提出并验证了一套新的基于云块特征变化的降水估算方法，即基于云分类及云发展（Cloud type and cloud development：CTCD）的降水估算方法。本研究突破目前基于象元或规则化视场的降水估算方法的局限，研发了具有我国自主知识产权的降水估算模型，为提高静止气象卫星降水估算精度提供了新思路和新方法，并为我国利用后续的风云静止气象卫星开展降水估算提供科学依据。.（3）建立了基于金字塔光流法卫星降水临近预报模型。本项目基于FY-2F卫星资料，引进了金字塔光流法进行云的运动矢量计算、考虑时间信息的空间插值方法，建立了降水临近预报模型。研究表明，用该方法得到的光流场大小和方向均匀，云的运动矢量具有较好空间分布，矢量对吹现象几乎消失，对降水系统整体运行趋势进行了更为合理的描述，对降水事件有无的识别以及降水预报精度有明显的提高，而且降水临近预报的时间效率上也具有显著的优越性。不仅如此，本研究系统评估了预报方法、预报时长、降水系统特征、前期降水时段个数、传感器空间分辨率等对卫星遥感降水可预报性的影响。该研究成果可为我国提供及时、高精度、大范围的降水临近预报资料提供支撑。