卫星云迹风导出系统的结果分析

将云迹风微机导出系统（ＣＷＩＳ）生成的云迹风资料与日本气象卫星中心（ＪＭＳＣ）云迹风资料和无线电探空风资料进行了对比。     

卫星云迹风微机客观导出系统

介绍用３８６微机开发的静止气象卫星云迹风客观导出系统软件和所采用的处理方法。资料分析表明，该系统所得结果与天气图分析有很好的一致性。本文还指出云迹风资料的特点，以及系统改进和资料解译而尚待解决的问题。     

卫星云迹风资料对中尺度数值模式初始风场改进试验

应用GMS-5静止气象卫星云图导出的风场产品-云迹风资料对中尺度η坐标有限区域数值模式(REM)的初始风场进行改进处理．模拟了2001年7月27-28日、28-29日的降水过程，并且与没有云迹风改进的数值模拟的降水结果进行对比分析。研究结果表明．卫星云图导出的云迹风场资料同化到数值模式．从而改善因测站稀疏造成的中小尺度系统漏报的不足．提高降水的预报精度．     

云迹风资料的三维变分同化及对台风预报的影响试验

主要研究云迹风资料对三维变分同化分析场及台风预报的影响。首先分析了不同通道和层次的静止气象卫星云迹风产品的误差特征；然后，把云迹风资料放到GRAPES三维变分同化系统中进行同化，通过将不同观测类型资料的同化结果进行对比，探讨了红外通道和水汽通道云迹风资料对数值预报分析场的影响；最后，把同化后的分析场作为初始场，用WRF模式对2002年“森拉克”台风做24小时预报实验。结果表明，不同通道和层次的云迹风资料具有不同的误差特征；云迹风资料可以提高分析场和预报场中风压场的质量；而且在台风预报试验中可以更准确地预报台风的路径和降水。     

FY-2E云迹风资料的高度调整对“灿都”(1003)台风路径数值预报影响的研究

首先分析了FY-2E云迹风资料在不同高度上的分布,并利用背景场信息对云迹风资料的高度进行整体调整,然后进行数值对比试验,即将高度调整前和高度调整后的云迹风资料分别同化到GRAPES-3DVAR系统中,比较分析同化这两种资料对2010年7月21日0000 UTC—23日0000 UTC的台风路径预报的影响。结果表明,在垂直方向上,500 hPa以上才有云迹风资料,大约在300 hPa的资料最多;文中提出的重定高方法能有效地重新调整云迹风资料的高度,调整后的云迹风分布没有明显的矛盾,分布合理;同化重定高后的云迹风资料后,尤其是水汽通道的云迹风资料,能合理地对初始风场进行调整,使"灿都"台风周围的引导气流有利于其向实测路径靠近,进而有效改进台风路径预报。     

卫星导风资料对REM中尺度数值模式改进的试验研究

本应用GMS-5静止气象卫星云图导出的风场产品——云迹风资料，对REM中尺度η坐标有限区域数值模式的初始风场进行改进处理，模拟了2001年7月27～28日以及8月16、18～19日共5d的降水过程，通过初始场的改进进行控制试验和灵敏度试验。研究结果表明，利用卫星云图导出的云迹风场资料，对中尺度数值模式的初始风场进行改进，可以改善模拟精度，从而改善因测站稀疏造成的中小尺度系统漏报的不足，提高降水的预报精度。     

静止气象卫星云导风的结果分析

对利用静止气象卫星云导风系统生成的云迹风资料与无线电探空风资料对比分析 ,估计云迹风资料的可靠性与精度。选取2001年5～7月间12天共16个时次的资料 ,采用临近层比较法 ,对气象卫星的红外图像云迹风与水汽图像的轨迹风计算结果分别与探空风进行对比分析 ,水汽图像的导风效果略好于红外图像。把云迹风矢和探空风矢分为高、低空两层 ,分别统计给出高、低空云迹风的误差 ,在高空 ,风速误差大、风向误差小 ;在低空 ,风速误差小 ,风向误差大。对卫星云迹风与无线电探空风的最佳层比较 ,在最佳层的风速误差均方根与风向差绝对平均值均明显地减小。     

卫星导风资料对REM中尺度数值模拟的改进研究

应用GMS-5静止气象卫星云图导出的风场产品-云迹风资料对REM中尺度η坐标有限区域数值模式的初始风场进行改进处理．模拟了2001年7月27～28日及8月16、18～19日共5天的降水过程，通过初始场的改进进行控制试验(CTE)和敏感性试验(STF)。研究结果表明，利用卫星云图导出的云迹风场资料，对中尺度数值模式的初始风场进行改进可以提高模拟精度．从而改善因测站稀疏造成的中小尺度系统漏报的不足，提高降水的预报精度。     

一次台风登陆过程的变分同化模拟试验

本文主要对0509号台风"麦莎"的登陆过程进行模拟试验,把云迹风资料引入三维变分同化系统,分析了同化水汽通道和红外通道的云迹风资料对初始场的影响;利用美国新一代中尺度模式WRF针对台风登陆前后过程做了48 h数值模拟试验,模拟结果表明:引入同化云迹风资料后,对模拟台风登陆前后的路径移向, 降雨分布及强度变化方面,都有一定程度的改善,进而初步探讨了"麦莎"台风陆上长期维持的机制.     

FY-2C云迹风资料在中尺度数值模式中的应用研究

利用探空观测资料对FY-2C云迹风资料进行统计检验和误差分析,并针对其误差特征进行偏差订正和热成风原理两种方法的质量控制.然后通过GRAPES-3Dvar同化到GRAPES-Meso模式中,对2005年7月1日00时至7月2日00时发生在中国西北部的一次暴雨过程进行了数值对比试验.结果表明:云迹风数量在垂直方向上主要集中分布于500 hPa以上的对流层中高层,在250 hPa附近数量分布概率最大;高度在500 hPa以下云迹风存在明显的风向误差和很大的风速误差,而且误差分布发散,可用性较差.500 hPa以上层次的云迹风误差较小,且误差分布呈高斯分布具有一定的系统特性,可用性较好;通过质量控制后,可以把风向错误或风速偏差太大的云迹风予以剔除,进一步提高云迹风的精度;同化云迹风资料后,在暴雨区附近初始风场低层的西南气流明显加强,有利于暴雨区水汽输送和水汽辐合,最终能很好地改善24 h暴雨预报的强度和落区.     

2002年6月14—15日暴雨的诊断分析和数值试验

利用NCEP／NCAR再分析资料对2002年6月14—15日的暴雨过程进行了诊断分析,并利用中尺度模式MM5对暴雨过程进行云迹风资料的同化模拟。诊断分析表明：高空急流的动量下传、高低空急流的适宜配置所产生的动力场的耦合作用,为此次大范围暴雨的发生、发展提供了动力条件;此次暴雨过程充足稳定的水汽主要源自印度洋。对同化效果进行检验说明：两个时次的云迹风资料同化模拟与一个时次的云迹风资料同化模拟相比,前者更进一步地改善风场、温度场和高度场,使得物理量场和降水场的预报更加接近实况。     

傅立叶相位分析导风技术的适用范围和相位重叠分析

本文利用傅立叶相位分析法对示踪云进行频域波谱分析，通过谐波的相位变化计算波速，从而导出云迹风(Cloud Motion Wind—CMW)。本文研究表明，对于给定的导风云图序列，如果示踪云在给定时间间隔内的位移小于两个像距，适用傅立叶相位分析法计算云迹风；否则，在用傅立叶相位分析法计算波速时由于高次谐波出现相位重叠，从而使计算的波速小于实际风速，此时适用最大相关系数法。     

逐时云迹风资料同化对暴雨预报的模拟试验

文中基于不同的云迹风同化方案,用GRAPES模式对2005年7月11-12日长江中下游一次暴雨强降水过程进行了云迹风资料同化试验及数值模拟,通过对比分析不同方案所得的分析场及预报场的差异,研究逐时云迹风资料三维变分同化对分析场及暴雨预报的影响.首先,根据连续性原理及双通道各层次云迹风资料的误差分析,分3个步骤对7月11日00:00-12:00 UTC共12个时次的双通道云迹风资料进行了初步的质量控制;然后,把经过质量控制的云迹风资料放入基于GRAPES 3D-VAR三维变分同化方案开发的逐小时循环同化系统中进行同化,将得出的分析场与单一时次未经质量控制的云迹风资料同化得出的分析场进行对比,探讨了逐时云迹风资料同化对数值预报分析场的影响;最后,把同化后的分析场作为初始场,用 GRAPES模式对 2005年7月11-12日长江流域暴雨过程做24 h降水预报试验,分析两个同化方案所模拟得到的预报场的差异.结果表明,经资料的筛选、同经纬度单点通道的选择及资料的稀疏化3个步骤控制后,各层次云迹风资料的误差有明显减小;加入经质量控制的逐时云迹风资料其三维变分同化可以提高分析场中风压场及水汽场的质量;而且在暴雨预报试验中可以相对更准确地预报暴雨落区及雨强.     

云迹风反演中高密度示踪云选取技术的研究

云迹风反演中的一项很重要的工作是选取随风移动、变化缓慢的云，即示踪云。文中设计了一种示踪云选取算法，以改善云迹风的质量和密度分布。该算法的特色是反演风的位置并不固定在反演网格的中心位置，而是通过梯度分析的方法使反演风的位置得到优化，再经过积雨云检测和灰度分布均匀程度检验，剔除不适合用来反演的目标物。对用该方法选取的示踪云进行云迹风反演，然后对反演出的云迹风进行环流分析，并与探空风进行比较。结果表明，反演出的云迹风质量好，密度很高，清晰地反映出天气系统的风场结构。     

两种导风方法在台风路径分析中的 应用比较研究

基于云导风使用的最大相关法（已经广泛应用）和TCFM法（傅立叶相位分析法和最大相关法相结合）两方法的原理,开发了利用FY-2C静止气象卫星30min间隔卫星云图资料获得云迹风的可视化导风实验系统。利用该系统处理2005年夏季麦莎、卡努、龙王等3个台风期间的卫星云图,对得到的云迹风进行台风路径反演分析。结果表明,TCFM导风方法得到的结果优于最大相关法。     

云迹风资料同化对暴雨预报影响的数值模拟

文中运用MM5对 1998年 6月 13～ 14日长江中下游一次暴雨强降水进行了数值模拟及云迹风资料同化试验研究。结果表明 ,云迹风资料同化能有效地改善高空风场质量 ,修正控制试验中模式高空风场对中纬度高空西风急流前沿西风强度的描述 ,使得模拟的暴雨强度与实际降水分布更加接近。分析认为在暴雨预报业务和科研中 ,云迹风资料的使用可有效地改善高空风场分布 ,对提高降水预报质量是一个有效途径 ,值得进一步尝试     

FY-2C云迹风资料同化应用对台风预报的影响试验研究

针对0505号台风“海棠”, 采用WRF区域中尺度模式进行控制试验和两个同化试验, 利用WRF-3DVAR同化系统同化FY-2C红外和水汽两个通道云迹风反演产品, 同化分云迹风经质量控制和未经质量控制两组同化试验。通过三组试验分析云迹风资料对降水和风场等的预报结果的影响, 并进行24小时降水量分级Ts评分检验以及风场点对点检验。结果表明: 同化经质量控制云迹风资料可以提高降水落区和强度预报的准确度, 不同等级的Ts评分较其它试验都有较明显改进; 风场预报模拟也有所改善。增加两例台风, 使用与“海棠” 相似的处理方法进行模拟试验, 并对模拟结果24小时降水分析与检验, 得到与“海棠”类似结论。因此, 经过合理性选择的云迹风资料的加入, 有利于补充初始场中可能未包含的中尺度信息, 从而提高试验中对于降水、风场等的模拟效果, 提高WRF模式的模拟预报能力。     

Impact of Application of Cloud Motion Wind Data from FY-2C Satellite on Simulation of Typhoon Cases

针对0505号台风“海棠”,采用WRF区域中尺度模式进行控制试验和两个同化试验,利用WRF-3DVAR同化系统同化FY-2C红外和水汽两个通道云迹风反演产品,同化分云迹风经质量控制和未经质量控制两组同化试验.通过三组试验分析云迹风资料对降水和风场等的预报结果的影响,并进行24小时降水量分级Ts评分检验以及风场点对点检验.结果表明:同化经质量控制云迹风资料可以提高降水落区和强度预报的准确度,不同等级的Ts评分较其它试验都有较明显改进;风场预报模拟也有所改善.增加两例台风,使用与“海棠”相似的处理方法进行模拟试验,并对模拟结果24小时降水分析与检验,得到与“海棠”类似结论.因此,经过合理性选择的云迹风资料的加入,有利于补充初始场中可能未包含的中尺度信息,从而提高试验中对于降水、风场等的模拟效果,提高WRF模式的模拟预报能力.     

FY-2C云迹风资料时空分布特征分析

利用统计方法分析我国FY-2C静止卫星红外、水汽通道云迹风资料的数量和误差分布特征,通过分别统计昼夜、不同区域、冬夏季和不同年份的资料分布情况,得到以下主要结论:(1)云迹风资料在白天和黑夜80%以上的可用点资料都集中在200~300 hPa,但白天的资料总个数多于黑夜;误差统计结果表明在资料比较集中层次,昼夜的平均误差、标准误差和均方根误差变化趋势相近。(2)不同区域云迹风资料可用点的数量垂直分布差异不明显,而不可用点的数量分布差异很大;同时发现两个区域的3种误差表现出一定的区域性特征,高原地区的误差整体小于低海拔地区的。(3)冬夏季的统计结果表明云迹风资料在冬、夏季资料总个数及垂直分布变化不同,夏季资料个数多,且主要分布在200~300hPa,而冬季主要分布在100hPa和400hPa;误差统计结果表明夏季误差小、冬季误差大。(4)不同年份的数量统计表明:2005年和2008年的资料个数变化不大,但是IR1资料的数量垂直分布差异很大,而IR3的差异不明显;误差统计结果表明2008年云迹风资料的均方根误差整体比2005年的小。(5)在误差分析中发现,无论IR1资料还是IR3资料都存在一定的平均误差,但标准误差,即随机误差仍是产生均方根误差的主要原因。      

云迹风在热带气旋路径数值预报中的应用研究

通过一系列四维变分同化试验对GMS5卫星资料反演的云迹风资料在西北太平洋热带气旋的初始化及路径数值预报中的作用进行研究,同化资料为中国国家卫星气象中心提供的GMS5水汽和红外云迹风资料,其中70%在400hPa以上,50%集中在200～300hPa。应用美国NCAR/PSU中尺度模式MM5及其四维变分同化系统,同化窗口为6h,对初始时刻和6h后的云迹风进行同化。同化前对云迹风资料进行了简单的类似ECMWF初值检验方法的质量控制。对2002年8个西北太平洋热带气旋共进行了22组试验。结果表明,采用四维变分同化技术同化云迹风对热带气旋路径预报有一定改善,12,24,36和48h预报的平均距离误差分别降低5%,12%,10%和7%,但同化云迹风的作用与初始气旋强度有关。选择初始中心海平面气压960hPa作为强、弱气旋的分类标准,则11个较强气旋平均路径误差12h减小了13%,12h以后的预报误差减小率维持在20%以上。而对于11个较弱气旋,平均路径误差反而略有增加,说明同化云迹风资料对不同初始强度的气旋作用也有所不同。其主要原因是由于强度较强的热带气旋往往具有较为深厚的垂直结构,因此受高层大气流场的影响更明显;同时,较弱热带气旋的云迹风观测相对稀少且凌乱,并且更容易受环境气流的影响,因此对于较弱的热带气旋,当模式变量与模式或变量之间在同化后不够协调的话,就会产生负效应。