美国利用NOAA极轨环境卫星反演面温度的发展现状

１９９０年以来，美国国家海洋大气局（ＮＯＡＡ），国家环境卫星资料和信息服务中心（ＮＥＳＤＩＳ）一直利用改进的甚高分辨率辐射仪（ＡＶＨＲＲ）多个红外通道数据和非线性算法，提供卫星海面温度（ＳＳＴ）资料，该文从辐射传输方程入手来描述线笥及非线性ＳＳＴ算法，阐明非线性算法比线性算法精确，并介绍了目前美国在这方面工作的进展。     

FY-3B/VIRR海表温度算法改进及精度评估

该文介绍了卫星观测海表温度 (SST) 算法的发展历程,给出了所用SST算法的回归模型,并在FY-3B/VIRR业务SST算法的基础上进行了改进。基于NOAA-19/AVHRR匹配数据集,进行多算法建模分析及精度评估,白天最优算法为非线性SST (NL) 算法,夜间最优算法为三通道SST (TC) 算法,最优算法的确定与NESDIS/STAR一致。建立2012年8月—2013年3月FY-3B/VIRR匹配数据集,并在此基础上进行多算法回归建模及精度评估,白天和夜间的最优均为NL算法,分析发现夜间TC算法采用匹配数据集版本2(MDB_V2) 时,3.7 μm通道存在类似百叶窗的条带现象。以2012年10—12月FY-3B/VIRR匹配数据集计算回归系数,以2013年1—3月独立样本进行精度评估,与浮标SST相比,NL算法白天和夜间的均方根误差分别为0.41℃和0.43℃。与日平均最优插值海温 (OISST) 相比,NL算法白天和夜间的均方根误差分别为1.45℃和1.5℃; 选择与OISST偏差在2℃以内的样本,NL算法白天和夜间均方根误差分别为0.82℃和0.84℃。     

基于非线性算法的FY 3A/VIRR SST反演

利用非线性算法实现了FY-3A/VIRR数据的海洋表面温度SST产品的反演.对2010年的全球船舶站观测数据和FY-3A/VIRR数据建立匹配数据集,选择单月的匹配数据采用多元回归模型计算得到了适用于FY-3A/VIRR数据的非线性海表温度反演算法NLSST的系数,能够实现FY-3A/VIRR数据的高精度SST产品反演.并利用独立于反演算法的双月匹配数据采用最小绝对偏差方法通过线性模型对SST算法的精度进行检验,结果显示白天和夜间的偏差分别为0.05℃和-0.05℃,绝对偏差在0.50℃以下,标准偏差在0.65℃以下.通过文中实现的算法反演了VIRR数据的SST产品,并和MODIS的官方产品进行比较,结果显示两种SST产品具有很高的一致性.     

不同海表面温度对南海台风“杜鹃”的影响试验

采用水平分辨率0.25 °×0.25 °的日平均和周平均的卫星微波成像仪(TMI)和卫星微波辐射计(AMSRE)的海温资料(TMI-AMSRE SST)作为下强迫源,利用中尺度数值模式MM5对南海过境台风"杜鹃"进行了模拟.试验结果表明:台风中心附近SST的差异会导致大气风场的差异,从而使模式对SST有比较快速而且明显的响应;不同的SST对台风的强度和路径都有一定的影响,而对台风降水和台风中心附近潜热通量有明显的影响;不同SST对台风的影响主要是通过改变海-气潜热通量来实现的.     

基于AHI观测的全天气条件海表温度反演

基于搭载在日本新一代静止气象卫星Himawari-8上的先进葵花成像仪(Advanced Himawari Imager,AHI)观测资料,研究了高时空分辨率的、全天气条件的海表温度(Sea Surface Temperature,SST)反演算法。本算法包括两步:第一步,根据云检测算法划分晴空和云区,然后利用非线性SST(NLSST)方程由红外亮温估计晴空SST;第二步,在有云区,先由前5 d同一时刻的晴空SST进行初步补缺,然后再利用Barnes插值完善云区SST估计和进行异常点平滑。最终得到时间分辨率为10 min、空间分辨率为0.05°的全天气条件海温分布。利用移动浮标的观测SST验证,晴空区SST估计的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)和平均误差(Mean Error,ME)分别为0.857 K和0.017 K。全天气条件SST估计的RMSE和ME分别为0.872 K和-0.005 K。     

微波层析技术中非线性优化算法与线性迭代算法的比较

以机载平台为例,通过数值模拟试验比较了非线性优化算法(NLI)和线性迭代算法(LI)在微波层析云液态水空间分布时的反演效率。在NLI中采用有限内存的BFGS算法对非线性目标函数直接优化求解;在LI中采用修正初值的起作用集算法对线性方程组进行求解。首先通过模拟试验证明积分云液态含水量(TLWC)是衡量对空微波遥感方程的非...     

月内尺度上与冬季北太平洋大范围海温暖异常相联系的海气相互作用特征

本文采用1985～2015年美国气象环境预报中心及能源部(NCEP/DOE)再分析以及美国国家海洋大气管理局(NOAA)海温(SST)等资料,基于大范围SST异常的确定规则,在北太平洋区域选取了8个暖事件,采用跟随SST异常中心的动态合成方法,研究分析了冬季北太平洋生命史为50天左右的大范围SST暖异常在其盛期前后的月...     

高被引论文选编

扩展重建海表温度(ERSSTv5)资料:升级、验证和相互比较——Extended reconstructed sea surface temperature,version 5(ERSSTv5):Upgrades,validations,and intercomparisons.Journal of Climate,2017,Vol.30,No.20.逐月全球2°×2°扩展重建海表温度(ERSST)资料已由第4版更新至第5版,在质量控制、偏差调整和插值方面已经得到了实质性的修订。这次更新,使用了新发布的ICOADS 3.0版本的海温(SST)数据,来自Argo浮标的5 m以上的SST数据,以及HadISST2对百年海冰的新的估计。美国国家海洋与大气管理局(NOAA)国家环境信息中心(NCEI)的Huang等指出,由此得到的ERSST具有更可靠的时空变异,对高纬度SST也有较好的反映,使用更精确的浮标测量计算了船舶SST偏差,尽管全球长期趋势保持不变。     

极轨气象卫星业务产品SST反演方法及精度检验

自1988年极轨卫星产品海面温度（SST）投入业务运动以来，国家卫星气象中心一直利用改进的甚高分辨率扫描辐射仪（AVHRR）的多个红外窗区通道测值，通过过多通道线性反演法（MCSST）提供SST资料，该文处先从理论上阐述MCSST算法，并利用1996年4个季节（各一个月）的船舶资料来检验SST产品的精度，其最终的统计结果为，平均偏差为－0．6℃，均方根误差为1．5℃，为进一步改进产品的反演精度提供依据，并探讨分析了SST产品存在的误差根源。     

基于MODIS数据的台湾海峡SST区域遥感监测模型研究

采用SeaDAS模型开展基于MODIS数据的台湾海峡海洋表面温度SST遥感监测时,发现SeaDAS模型在台湾海峡中部SST的监测精度能够满足要求,但在台湾海峡近岸SST的监测误差明显偏大。为此根据2003—2006年台湾海峡近岸观测站点和台湾海峡中部浮标的实测SST数据,采用线性多通道算法建立台湾海峡SST区域遥感监测统计模型,并选择2007年30个SST数据样本对区域统计模型的监测效果进行验证分析。结果表明：在台湾海峡海域采用SeaDAS模型监测SST绝对误差的平均值是1.2 ℃,标准差是0.69 ℃,而采用区域统计模型监测SST绝对误差的平均值下降到0.89 ℃,标准差下降到0.52 ℃,区域统计模型优于SeaDAS模型。     

国外科技信息

1.美国国家海洋大气局的国家环境卫星资料信息局研究出一种有关晴空湍流测量新技术,它使用地球静止业务环境卫星(GOES)的水汽云图来定位、跟踪和预报晴空湍流,由此所得到的晴空湍流新指标已被美国国家海洋大气局和加拿大气象中心用     

一种求解条件非线性最优扰动的快速算法及其在台风目标观测中的初步检验

条件非线性最优扰动(CNOP)是Mu等2003年提出的一个新的理论方法,它是线性奇异向量在非线性情形的推广,克服了线性奇异向量不能代表非线性系统最快发展扰动的缺陷,成为非线性系统可预报性和敏感性等研究新的有效工具.然而,由于以往CNOP的求解需要采用伴随技术,计算量相当巨大,限制了该方法的推广应用.为了克服这一困难,本文基于经验正交分解(EOF),提出了一种求解CNOP的快速算法,利用GRAPES区域业务预报模式实现了CNOP快速计算,并在台风"麦莎"的目标观测研究中得到初步检验,通过观测系统模拟实验(OSSE)检验了该方法确定敏感性区域(瞄准区)的有效性和可行性.试验结果表明,用快速算法求解的CNOP,其净能量随时间快速地发展,而且发展呈非线性.在台风"麦莎"个例的目标观测试验中,用快速算法得到的预报时间为24 h的CNOP可以有效地识别瞄准区,并通过瞄准区内初值的改善,可明显减少目标区域(检验区)内24 h累计降水预报误差.尤其,累计降水预报的这种改进效果能够延伸到更长时间(如72 h),尽管检验时间是设在第24小时.进一步分析发现,24 h累计降水预报误差的减少是通过利用瞄准区内改善的初值改进初始时刻台风暖心结构、高空相对涡度以及水汽条件等而得以实现的.     

我国东部梅雨期降水的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系

基于我国160站59年(1951～2009年)的月降水观测资料、美国气象环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的再分析资料和Hadley中心的海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料,对我国东部(100°E以东,15°N～40°N)梅雨期(6月和7月)降水的时空变化特...     

副热带东太平洋低云对LASG耦合环流模式FGCM-0中"双ITCZ"的影响

与其他耦合环流模式一样,LASG耦合模式FGCM-0也存在虚假的“双ITCZ”。为了认识FGCM-0中“双ITCZ”,首先研究了FGCM-0的大气分量模式,剧INCAR(美国国家大气研究中心)的公用气候模式CCM3对秘鲁和加利福尼亚沿岸低云以及低层大气整体稳定度的模拟能力。发现：尽管CCM3模拟的低层大气整体稳定度与利用NCEP(美国国家环境预报中心)再分析资料分析的结果较一致,但模拟的低云量比ISCCP(国际卫星云气候计划)观测值显偏少。利用ISCCP低云量与由NCEP再分析温度场分析的低层整体稳定度之间的回归关系,修改了CCM3中低云参数化方案,并用于敏感性试验,以研究副热带东太平洋低云对FGCM-0中“双ITCZ”的影响。结果发现,修改的方案能显增强对低云量的模拟,秘鲁沿岸冷海域低云量增加能显减弱赤道以南热带东太平洋海表面温度(SST)的暖偏差,但同时也将使赤道冷舌增强、向西伸展更远;加利福尼亚沿岸低云量增加可以有效减弱赤道以北ITCZ区SST暖偏差。为了检验秘鲁沿岸SST与低云间的正反馈,又实施了一个控制秘鲁沿岸SST的敏感性试验,结果表明：控制秘鲁沿岸SST抑制其增暖,对自东南太平洋向西北至中、西赤道太平洋广大区域产生的影响,与增加秘鲁沿岸低云量产生的影响相似。     

SST日变化对西太平洋暖池海表热通量季节内变化的影响

基于利用日最大太阳辐射、日平均海面风和日降水量近似计算海表温度(SST)日变化的振幅的方法，发展了一个计算SST日循环的参数化方案。利用周平均SST强迫美国国家大气研究中心(NCAR)的CCM3大气模式进行了有、无考虑SST日变化的比较试验。热带海洋与全球大气计划之耦合海气响应实验(TOGA COARE)的强化观测期间IMET浮标的逐时海表观测资料不仅验证了该参数化方案的合理性，也表明了利用参数化方案对强迫场SST迭加日变化使CCM3较真实地模拟出西太平洋暖池海表热通量的季节内变化的位相结构。     

我国东南海域云出现概率和海表温度的关系分析

海表温度(SST)和云是表征海洋和大气状况的主要物理量。为了掌握我国东南海域两者间的某些特征,综合使用CloudSat卫星观测和SODA3.3.1中的SST资料,分别就垂直方向上的云出现概率(FOC)和SST的变化关系进行了基本的统计分析。结果表明,尽管两海域FOC随高度分布均是SST相对低时,低层大高层小;随着SST增暖逐渐是高层大于低层的。但分布强度及其与SST的变化范围划分有所不同。相比而言,南海海域低层FOC高度相对低,变化幅度也相对大。特别是在SST＞30.5 ℃时,台湾以东海域FOC是减弱的,而南海的则是维持或增强。研究结果不仅有助于直观掌握两海域FOC和SST间的变化关系,而且定量化揭示局地海气相互作用中SST与云的对应关系。      

台风强度模拟的海温目标观测研究

根据非线性强迫奇异向量(NFSV)型海温(SST)强迫误差识别的敏感性特征,通过观测系统模拟试验(OSSE)确定了12个热带气旋(TC)的强度模拟的海温目标观测最优布局.NFSV型SST强迫误差敏感区一般沿着台风移动路径,主要位于台风快速增强阶段.结果 表明,在NFSV型SST强迫目标观测敏感区内以90 km间隔加密海...     

由METEOSAT卫星红外窗口辐射率估计海上可降水分

对由地球静止卫星METEOSAT观测的晴空红外(IR)窗口(10.5-12.5μm)辐射率反演海上可降水分(PW)的可行性进行了探讨.此方法是以对考虑到水汽谱线及水汽连续谱吸收的IR窗口通道作前向辐射计算为基础的.辐射计算应用有关海面温度(SST)和温度廓线的相关资料.通过改变湿度廓线建立起卫星观测的亮度温度和PW之间的相互关系.对面积相当于约20km×20km的32×32IR象素区段进行反演.METEOSAT反演与大西洋岛上常规无线电探空站PW测量的比较表明,均方根(RMS)差约为0.59gcm~(-2),几乎与两通道IR方法的结果相同,然而比文献中报道的微波反演差.这种利用由地球静止卫星提供的频繁观测数据的METEOSAT基本方法可能是有潜力的.把无线电探空仪的PW与只利用SST和直接建立SST与PW关系的克劳修斯-克拉珀龙型方程得出的简单的估计值进行了比较,得到的RMS差为0.73gcm~(-2).欧洲中期天气预报中心(ECMWT)短期预报与岛屿无线电探空站的PW之间的RMS差为0.55gcm~(-2).     

利用卫星资料分析台风“浪卡”非对称结构及降水

利用FY2D卫星资料、极轨卫星和静止卫星资料以及美国国家环境预报中心(NCEP/NCAR)的再分析资料等,研究了浪卡非对称结构和外围暴雨分布特点.结果表明,浪卡显著的不对称结构表现在其南侧积云对流较为旺盛,涡度中心也在南侧;浪卡登陆后,降水的水汽来源主要是副高西侧的偏南气流带来的水汽和850 hPa的西南季风带来的水汽...     

先进技术微波探测仪(ATMS)云液态水路径算法评估

云液态水路径是气候和天气系统分析的重要参数,可以从卫星观测资料反演获得.目前,基于卫星微波探测仪器观测资料的云水算法可由23.8和31.4 GHz两个通道产生.本研究使用先进技术微波探测仪(ATMS)观测数据,对物理和经验两种算法反演出的云液态水路径进行验证评估.结果表明,经验算法和物理算法都可以描述云液态水在全球洋面...