重复轨道模式InSAR测高中大气水汽影响研究

对流层大气水汽引起的信号延迟是影响重轨In SAR高程测量精度的主要因素之一。为了研究大气水汽对重轨In SAR测高精度的影响及基线估计的校正作用,仿真不同分布模式的水汽模型,对SAR主、辅数据进行干涉处理,反演受水汽影响高程并统计分析控制点高程误差。实验结果表明:在7km×7km的SAR数据成像范围内,当水汽含量分布均匀时,控制点测量精度与无水汽影响高程精度相当,当水汽含量分布在0.142~0.283cm和0~0.502cm时,控制点高程中误差分别为9.84m,21.01m,即在In SAR测高中,基线估计可以校正均匀水汽等系统噪声,但是当水汽分布不均匀时,基线估计不能很好抵消水汽影响,且水汽变化越大,测高误差越大,需要根据外部水汽数据消除水汽对In SAR测量的影响。     

HY-2B卫星雷达高度计对流层路径延迟精度分析

干对流层路径延迟与湿对流层路径延迟是影响HY-2B测高精度的重要因素。本文采用星星交叉分析法和对流层独立模型检验法对HY-2B干对流层与湿对流层路径延迟产品进行对比分析。本文基于大气压强数据和辐射计测量的水汽数据,利用干对流层和湿对流层独立检验模型对HY-2B沿轨数据进行重处理,与HY-2B业务化运行产品差异的标准差分别为1.8和2.6 mm。此外,HY-2B与Jason-3交叉点处干对流层与湿对流层路径延迟差异的标准差分别为1.5和6.1 mm,两年内产品的漂移较少。实验结果表明：HY-2B干对流层与湿对流层路径延迟的精度均达到国际水平。该文对于验证国产海洋卫星HY-2B数据精度,扩展HY-2B卫星数据的应用范围具有重要意义。     

基于参考站改正信息的PPP实时水汽反演方法

常规精密单点定位实时反演水汽,存在精度低或稳定性差等问题,因此提出了一种基于参考站改正信息的PPP实时水汽反演方法。首先利用参考站的天顶对流层延迟解算观测值改正信息,然后对流动站共视卫星的观测值进行误差改正,利用IGU预报星历和钟差产品,采用PPP算法进行实时水汽反演。以中国香港HKSC为流动站,分别选取中国台湾TWTF和中国香港HKWS作为参考站,开展参考站辅助的PPP实时水汽反演试验。结果表明,分别以无线电探空数据和ECMWF数据为参考,本方法4个时段的平均标准差分别为1.9 mm和2.9 mm;相比基于IGU的常规PPP实时水汽反演方法,精度分别提升60%和51%。本方法参考站的选择不受距离限制,精度与使用IGS事后精密星历的PPP水汽反演基本一致,相比常规PPP和相对定位方式的实时水汽反演具有明显优势。     

利用Landsat数据反演近岸海水表层温度的大气校正算法

介绍了一种将大气效应考虑在内、利用Landsat TM、ETM+热红外数据进行近海岸海表水温反演的单窗算法.在该算法中,将地表气温、相对湿度等常规气象资料作为初始参数,根据对流层中大气温度随高度呈线性降低、水汽随高度呈指数衰减的规律,建立了估算平均大气温度及水汽含量的通用模式.通过与实测数据及MODIS Terra海表水温产品比较发现,该算法能够提高运用TM/ETM+TIR单波段数据进行近岸海表水温(SST)反演的精度:一方面,反演所得结果更接近于海表实际水温;另一方面,它在一定程度上剔除大气中的水汽对SST反演的影响,进而提高海表水温的温度对比度.该提出的大气校正算法只需地表大气温度及相对湿度资料,该算法也无需进行大气模式的界定.     

基于我国沿海GPS站点数据提取天顶水汽含量的方法对比研究

基于我国沿海地基GPS数据与海洋站气象数据,利用相关干对流层模型、湿对流层模型等,提取了东海沿海北茭、崇武2个GPS站天顶水汽含量,并与MODIS水汽产品数据做比对分析。结果表明:Elgered干对流层模型与Beivs湿对流层模型组合而成的提取方法较好,其平均偏差小于0.50 mm、均方根误差小于5.10 mm,其结果检验了沿海GPS提取水汽含量的可行性与有效性。     

基于星载微波辐射低频双极化通道观测数据的微波辐射传输模型

微波辐射传输方程是海洋-大气微波遥感的理论基础,本文基于晴空条件下AMSR-E 10.7GHz水平与垂直极化亮温数据,将平静海面的亮温观测结果与4种海水相对电容率模型和2种大气水汽吸收模型的计算结果进行比较,确定了海水相对电容率模型与水汽吸收模型,基于上述模型和实测亮温数据反演了风致各项同性海面发射率,其与已有的经验模型结果基本一致,由此建立了星载微波辐射传输模型;利用建立的辐射传输模型计算亮温与AMSR-E观测亮温分别反演了海表面温度与海表面风速,验证了所建微波传输模型的有效性。本文的研究结果可为星载微波辐射计亮温定标、海洋地球物理参数提取奠定基础。     

最小方差算法反演NOAA/AMSU海面大气温度垂直廓线

利用最小方差算法对NOAA/AMSU(Advanced Microwave Sounding Unit)探测资料在105°E~135°E、0~30°N海域范围内的大气温度垂直廓线进行了反演研究。利用NCEP再分析资料对算法的反演性能进行了验证;并与中国海洋大学卫星地面站SeaSpace/TeraS-can软件系统反演的温度廓线进行了比较。结果表明:该算法在中国区域具有较好的反演精度和适应能力;总体上改善了TeraScan软件的反演结果,尤其提高了对流层大部分区域的反演精度。本研究为地面站ATOVS(Advanced TIROS Operational Vertical Sounder)数据的进一步利用提供了一种较好的理论参考。     

夏季北极太平洋扇区和白令海对流层结构分析

利用我国第六次—第九次北极科学考察雪龙船走航探空数据,计算北极太平洋扇区和白令海的夏季对流层高度,分析对流层内的风速、温度、水汽廓线,从而确定对流层结构,并分析各要素的垂直分布和经向分布特征。结果表明:夏季北极太平洋扇区和白令海的递减率对流层顶、冷点对流层顶平均值分别为10 003 m、10 116 m,对流层高度随纬度增加而降低。夏季北极大气对流层低层和对流层顶存在逆温,对流层顶的逆温高度和厚度随纬度增加而降低。大气可降水量与纬度呈负相关,且集中于对流层中低层。近地面的风速受地表摩擦力的影响较明显,对流层内的风速随高度增加而增大,高空急流的强度和高度随纬度增加而减小,风廓线和急流易受天气尺度过程的影响。研究结果揭示了夏季北极太平洋扇区和白令海的对流层结构,并可用于检验数值预报模式对北极大气垂直结构的预报效果、评估再分析资料描述北极大气垂直结构的能力。     

孟加拉湾夏季季节内振荡的湿静力能分析

夏季期间大气季节内振荡(ISO)活跃于孟加拉湾区域,并存在显著的向北传播。采用1979-2016年ERA-Interim大气再分析资料,通过对典型ISO事件进行位相合成,揭示了夏季期间孟加拉湾湿静力能季节内变化的演变特征和控制机理。结果表明,ISO大气对流在向北传播期间伴随着显著的湿静力能累积(充电)和释放(放电)过程。其中,水汽主导的湿静力能水平平流是充电和放电的关键控制因素。水汽水平平流在对流层中高层和对流层低层的变异机理存在一定差异,在中高层主要取决于ISO扰动纬向风对低频水汽的纬向输送,在低层则主要取决于低频经向风对ISO扰动水汽的经向输送。     

静态精密单点定位中对流层延迟估计

首先介绍了三种对流层误差改正模型,然后把模型改正值作为先验值,将天顶延迟的剩余误差作为待定参数,分别用卡尔曼滤波和最小二乘两种估计方法计算对流层的残余量;实验证明Saastamoinen模型优于后两种模型,并利用实测气象参数计算对流层延迟,结果表明标准模型与实测气象参数对静态精密单点定位中对流层延迟量的计算结果影响不大...     

高程异常扰动源及均衡异常影响分析

通过分析高程异常的扰动源,探究地形均衡扰动物质引起的均衡高程异常,说明全球许多高原地区的高程异常为负值的主要原因在于地球深部的密度异常,而非地球表面突起的扰动物质和相应地壳均衡部分的扰动物质。一般地,地形及均衡部分对高程异常的影响不足以完全反映高程异常的符号,在许多高原地区的高程异常为负值,可能在深层地幔有大尺度负的扰动质量进行补偿。     

郑州“7·20”极端暴雨过程中水汽和高低空急流作用机制的数值模拟

针对郑州“7·20”特大暴雨过程,使用CMA-MESO区域模式对此次极端强降水过程中水汽与高低空急流的影响进行了数值试验分析。结果表明,此次暴雨过程较为成功地被中尺度模式模拟再现;暴雨过程中水汽来源主要为台风“烟花”北侧的东南急流携带的来自西太平洋与印度洋的水汽以及台风“查帕卡”北侧东南气流携带的来自南海的水汽;降水及水汽输送对水汽含量十分敏感,水汽含量微小的变化便会使郑州上空气流辐合区强度减弱,水汽累积减少,降水范围向河南北部缩小,降水强度大幅度减弱;低空急流对应的气流辐合区是郑州上空出现强垂直上升运动中心的主要机制,低空急流减弱后,水汽辐合减弱,降水减少,降水中心位置偏西南,高空急流对降水的影响与低空急流相比较小。     

台风天气条件下地基微波辐射计反演产品精度分析

利用中国气象局上海台风研究所台风试验获取的4个典型台风个例数据,对地基微波辐射计反演的温度、水汽密度廓线与同址GP S探空资料得到的廓线进行对比分析,发现二者的温度、水汽密度相关系数分别为0.988、0.928.微波辐射计的探测精度在不同高度上有很大差异,整体来说,在高层温度探测精度较优于低层,而在低层水汽密度探测精度...     

湛江地区汛期降水稳定同位素的变化与水汽来源的关系

以湛江降水为研究对象,利用收集的2019年汛期68个降水样品及同期气象资料,采用同位素示踪技术,结合HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory)模式溯源,分析了湛江地区汛期降水稳定同位素的变化与水汽源地的关系,并对5个代表性的降水个例进行了诊断分析。结果表明:1)湛江地区汛期局部降水线为δD=8.023¹⁸O-0.7037,R²=0.954,n=68;前汛期季风带来西太平洋的水汽,¹⁸O含量丰富;后汛期降雨主要取决于局部大气环流,一定程度受云下二次分馏影响,δD和¹⁸O偏低。2)前汛期西南季风爆发前,湛江降水的水汽主要源于副热带高压外围东南气流输送的西太平洋水汽,西南季风爆发后,南海、孟加拉湾为其水汽源地;后汛期热带系统带来的降水,南海、孟加拉湾为主要水汽源地;非热带系统带来的降水,孟加拉湾为主要水汽源地。     

中国沿海HY-2A 校正微波辐射计水汽含量数据精度检验方法

为评价“海洋二号”卫星（HaiYang-2A, HY-2A）校正微波辐射计（Calibration Microwave Radiometer, CMR）近海水汽产品精度,以中国沿海全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）业务观测站数据和欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)发布的第五代大气再分析资料（ECMWF Reanalysis 5, ERA5）作为验证数据。首先对选取的GNSS业务观测站数据和CMR水汽含量数据进行时空匹配,两者的观测时间一致、空间范围取为100 km;然后利用精密单点定位方法反演GNSS业务观测站上空的大气可降水量（Precipitable Water Vapor, PWV）,同时对1 h分辨率的ERA5再分析资料内插计算,得到CMR水汽数据点处的ERA5 PWV;最后以GNSS PWV和ERA5 PWV为参考,分析2015年CMR水汽产品精度和偏差时空分布。结果表明,CMR水汽含量和GNSS PWV、ERA5 PWV之间的相关系数r均高于0.96,平均均方根误差分别为3.17 mm和1.58 mm,具有较高的精度;CMR水汽含量相对于GNSS PWV和ERA5 PWV的偏差不随季节变化而变化,但CMR水汽含量数据精度随纬度的增加而有所提高。     

MART算法在大气水汽层析中的应用研究

以香港连续运行参考站数据为解算实例,对MART算法进行修正,并将其应用于水汽层析方程的解算,并研究了垂直分辨率对层析结果的影响。将层析解算的结果与京士柏探空站资料反演的水汽密度进行对比分析。实验结果表明,采用修正的MART算法能够用于水汽层析的解算,层析结果与探空站资料反演的结果符合得较好,采用垂直分辨为425m更能反映出大气水汽实际分布特性。     

Water-vapor content in the atmosphere over European Russia during the summer 2010 fires

We study the water vapor (WV) content over European Russia (ER) during the period of forest and peatbog fires in July–August 2010 using total column water vapor observations from MODIS instruments (both Aqua and Terra platforms) as well as aerological data and NCEP/NCAR reanalysis. It is found that the spatial distribution of total column water vapor (TCWV) over ER in this period was anomalous, with the WV excess in the north of the territory and its deficit in the south of ER. The relationship between WV variations, atmospheric dynamics and the fire situation is analyzed. Along with the processes of the WV advection and evaporation we evaluate the contribution of pyrogenic emission of WV in spatial-temporal evolution of WV over ER during wildfires. The changes of water vapor at different heights in the troposphere and stratosphere are investigated. The results of a comparative analysis of WV contents during the periods of summertime atmospheric blockings in 1972 and 2010 are also presented. The near-infrared total-column precipitable water MODIS products (L3) are validated by upper-air radiosonde data.     

两种陆面方案对陆雾与海雾模拟效果的对比研究

利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式,针对1次陆雾与1次同时包含近海雾区与开阔海域雾区的海雾个例,开展了2种陆面方案——SLAB(five-layer thermal diffusion scheme)方案与Noah(Noah land surface scheme)方案—...     

西北太平洋水汽输送异常及其与中国夏季降水的耦合模态

基于长时间序列的大气资料,计算了西北太平洋地区的水汽输送通量,分析了水汽输送通量场的时空变化特征,并给出了西北太平洋水汽输送通量与中国夏季降水异常的耦合模态.结果显示:西北太平洋水汽输送通量场具有显著的经向型、辐散型和纬向型3个主要的空间型,这三种模态的年循环特征都很显著.夏季,西北太平洋水汽输送通量异常以辐散型为主,且具有显著的准两年周期振荡特征和明显的年代际变率;在西北太平洋水汽输送通量与中国夏季降水异常前三类主要的耦合模态中,水汽输送通量异常以纬向型和辐散型为主.分析表明,西北太平洋水汽输送通量变化是影响中国东部降水异常的重要因素之一,而西太平洋暖池区、黑潮流域和中国近海尤其是南海海域则是向中国输送水汽的关键区域.这可为西北太平洋海气相互作用过程及其对中国气候的影响研究提供了必要的科学依据.     

Explanations for simultaneous laminae in water vapor and aerosol profiles found during the SESAME experiment

An instrumented balloon launched from Kiruna during the SESAME experiment displayed simultaneous local decreases of water vapor and aerosol at 2 different potential temperature levels 410 K and 364 K. Despite the similar characteristics present at both levels, 2 different explanations are given for these laminae. At the highest level, the air mass showing the water vapor and aerosol decrease is found when the balloon travels in the vortex edge region. A back trajectory shows that this air mass was trapped in the vortex edge region for several days and processed by a PSC causing the water vapor and aerosol decreases. On the other hand, the lowest level air mass was found to be in the sub‐vortex region. No local conditions can explain the observed decreases of water vapor and aerosol. Back trajectories show that this air mass originates from middle latitudes. Although the back trajectories calculated in these conditions are more subject to caution, comparison of several characteristics at the measurement point and at the middle latitude sites corroborates the explanation of the decrease of water vapor and aerosol by the origin of the air mass.