中国区域冰晶散射建模及冰云反演研究

The interaction between cloud and aerosol in the background of air pollution in China is complicated, which brings an uncertainty to the remote sensing of ice cloud parameters. Currently, the ice cloud optical properties are usually retrieved by Look-Up table (LUT) which is generated by employing the single ice scattering model. The fact that different kinds of ice cloud may be composed of different kinds of shape and size is not considered in the retrieval algorism of MODIS ice cloud products which results in the biases in the satellite derived retrieval parameters. . In this study, we first develop a set of ice crystal scattering models based on aircraft in-situ observation data of ice cloud. Then, we complete the new retrieval algorithm by generating the several LUT based on the ice cloud types using the scattering models developed in this study. Furthermore, we retrieve the ice cloud optical properties using MODIS L1B data. Finally, we evaluate the retrieval results by using ground based observation data and CloudSat- CALIPSO joint ice cloud products.

我国大气污染背景下云气溶胶相互作用比较复杂，给冰云光学参数(光学厚度，有效半径)的遥感反演带来了很大的不确定性。目前，包括MODIS冰云官方产品在内的算法中，在全球范围内所有的冰云都用同一个冰晶散射模型来反演冰云参数，给反演结果引入了明显的误差。..本课题拟基于机载观测的冰云采样数据，发展一套符合中国区域特色的冰云冰晶光散模型，并建立基于冰云类型构建LUT的新冰云光学参数反演算法。最后，利用MODIS 1B数据反演冰云光学参数，并利用同期观测的ClouSat－CALIPSO主动卫星观测数据和地基观测资料对结果进行精度评价。

冰云的辐射特性对地球辐射能量平衡具有重要的调节作用。我国大气污染背景下，冰云-气溶胶相互作用复杂。其中，冰晶的形状、大小等微物理特性复杂多样，简单的冰晶模型会给冰云遥感反演和模式模拟中引入明显的误差。本项研究基于大量机载观测的冰云采样数据，开发FDTD, GOIE 和GOM的组合非球形冰晶粒子的电磁波散射计算方法，建立紫外-可见光-红外通道完整的Voronoi冰云单粒子散射属性数据集，发展一套符合中国区域特色的冰晶散射模型。利用葵花-8号卫星数据，结合辐射传输模式构建查找表，发展了冰云光学厚度和粒子半径的卫星遥感反演算法。通过MODIS数据验证冰云参数反演算法精度具有较好的提升。同时，结合飞机观测冰晶粒子谱分布，通过冰晶散射模型的参数化，将冰晶模型应用于气候模式中，模拟冰云的辐射特性并利用EBAF数据进行评估。通过结果对比和验证评估了该冰晶散射模型在卫星遥感和气候模式中的有效性。可为中国区域内冰云模拟的未来改进提供参考，为今后气候变化预测提供科学依据和技术支持。