TRMM衛星對東亞地區深對流云的觀測研究

摘要利用TRMM衛星的星載儀器的長期觀測，通過1998～2005年3～8月的雷達最大回波高度資料的研究，對比其閃電和亮溫資料，對東亞的深對流云進行研究。結果表明，深對流云主要分布在我國的華東和華南地區，這2個地區3～8月深對流云的發展呈愈強的趨勢，其影響的范圍也愈大，盛夏深對流云的發展最為旺盛，6月以后副熱帶高壓對東亞對流云的發展有很大的影響，強烈的下沉氣流抑制著對流的發展，進而導致在6月份以后的深對流云發展不算旺盛，7月以后副熱帶高壓繼續西伸，中心向內陸發展，東亞高空轉為西北風，不時有冷平流，地面溫度較高，層結不穩定程度加大，導致對流發生的強度增加；入夏以后深對流云的發展變得活躍可能是由于切變線伴隨弱冷空氣將自西北向東南橫掃華東地區，造成深對流云的發展得到加強。

關鍵詞TRMM；深對流云；閃電；亮溫；東亞地區

中圖分類號S163文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）01-00185-02

作者簡介孫良鑫（1988- ），男，江蘇鹽城人，助理工程師，從事對流天氣研究，Email：329624458@qq.com。

收稿日期20131126深對流云在熱量傳輸、熱帶對流層和同溫層的水汽交換扮演著很重要的角色。Houze等通過雷達回波在10 km以上的深對流云的觀測，研究了喜馬拉雅山地區的深對流云的發生和發展機制[1]。由于東亞地區夏季受副熱帶高壓的影響，深對流云的發展也受到了影響，黃勇等對安徽地區副熱帶高壓控制下的對流研究表明，受副高控制后深對流云的發展被抑制，多數會消亡[2]。對于深對流云的觀測和研究全球各地使用著不同的觀測手段，其中包括地面雷達的觀測和人造衛星星載雷達的觀測。1997年11月27日發射的熱帶測雨衛星（TRMM）是第1顆搭載降水雷達（PR）的氣象衛星，同時還攜帶TRMM微波圖像儀（TMI）和可見光/紅外掃描儀（VIRs）[3]。在衛星上加載雷達，運用各種觀測雷達使人們能更好地研究地球大氣。TRMM的應用方便了對深對流云的觀測和研究。筆者主要是通過TRMM衛星的星載儀器在1998～2005年3～8月的各項觀測數據對東亞地區深對流云進行觀測研究，探討深對流云發生和發展機制。

1資料與方法

TRMM是一顆非太陽同步極軌衛星，飛行高度350 km（2001年8月7日后改為400 km），軌道傾角約35°，探測范圍38°S～38°N，環繞地球一周的時間約為96 min[2]，其所搭載的探測器有雨雷達（PR）、微波成像儀（TMI），可見光、紅外掃描儀（VIRS），云和地球輻射能量測量系統（CERES），閃電成像感應器（LIS）。筆者主要是通過TRMM衛星所搭載的微波成像儀（TMI）和閃電成像感應器（LIS）在1998～2005年3～8月的觀測數據對東亞地區深對流云進行觀測研究，其中，TMI資料主要選取回波頂高和85.5GHZ微波信號通道下所得到的極化修正亮溫（PCT85）進行分析；LIS資料中包括閃電位置（經度和緯度）、閃電輻射能、閃電持續時間、閃電族和閃電次數，在此主要選取閃電發生次數，運用sufer軟件作圖，得出閃電的地域和時間差異，并分析其原因。

2結果與分析

2.1深對流云的空間分布特征從1998～2005年3～8月40 dBz最大雷達回波高度在8 km以上的深對流云空間分布（圖1）可以看出，深對流云分布呈陸地大于洋面、沿海大于內陸、低緯大于高緯的特征；在我國的華東和東南這2個區域的對流云的發展和分布密度遠大于其他區域，入夏以后深對流云的發展變得活躍可能是由于切變線伴隨弱冷空氣將自西北向東南橫掃華東地區，造成深對流云的發展得到加強。

2.3.1閃電活動。

2.3.1.1季節變化。TRMM衛星搭載的LIS閃電探測儀采用光學方法探測閃電，由電耦合裝置（CCD）陣列和實時資料處理單元2個主要系統組成[4]。從東亞地區LIS所觀測的閃電1998～2005年3～8月的月際變化（圖3）可以看出，閃電的季節性分布比較明顯，盛夏季節是閃電出現的主要季節，8月的閃電發生次數最多，從4月開始閃電的活動發展就很活躍，6～7月閃電次數有所下降，這可能是由于受副熱帶高壓控制，深對流云的發展受到抑制；8月閃電次數創年內最高，這是因為此時副熱帶高壓繼續西伸，中心向內陸發展，東亞高空轉為西北風，不時有冷平流，地面溫度較高，層結不穩定程度加大，導致對流發生強度增加[4]。

2.3.2亮溫。TMI是一個5頻率9通道微波輻射計，5頻率分別為10.7、19.4、21.3、37.0和85.5 GHz，除其中21.3 GHz僅為V極化外，其余頻率均為雙極化[3]。這里主要研究的是1998～2005年3～8月份TMI觀測數據下85.5 GHZ頻率所觀測的亮溫。從1998～2005年3～8月修正后的85.5 GHZ下的極化修正亮溫（PCT85）季節變化（圖5a）可以看出，3月份的PCT85最大，8月的PCT85最小；在6月由于受到副熱帶高壓的控制，強烈的下沉氣流抑制著對流的發展，進而導致在6月份的PCT85有所上升，7月以后副熱帶高壓繼續西伸，中心向內陸發展，東亞高空轉為西北風，不時有冷平流，導致7月以后云頂亮溫的降低。由1998～2005年3～8月的PCT85在各亮溫區間上的分布天數（圖5b）可見，亮溫的分布主要集中150～200 K，大于250 K的深對流云分布天數極少，深對流云的發展特別旺盛的50～100 K區間內的發生天數也很少，說明3～8月深對流云的PCT85主要集中在150～200 K，其對流云的發展比較旺盛。