适应数值模式垂直坐标的GPS掩星反演资料稀疏化方案

GPS掩星反演大气温湿资料具有高垂直分辨率、高精度、受云和降水影响小等优点,针对GRAPES同化预报系统,发展设计了一种既考虑预报模式高度-地形追随垂直坐标不均匀分层特点,又结合掩星反演资料特性的新适应性垂直稀疏化方案。通过个例试验和批量试验,探索了该适应性稀疏化方案对分析预报质量的影响。试验结果表明:选取合适的稀疏参数,新稀疏化方案的GPS掩星反演资料对背景场的调整更加有效,分析场质量更高;位势高度、比湿、温度和风场等预报场的均方根误差均更小;适应性稀疏化方案对改善台风路径预报具有积极作用。批量试验则进一步证实了适应性稀疏化方案对分析场质量有明显的改善作用。     

COSMIC及其在气象领域的应用

COSMIC是利用现代遥感技术、通信技术和计算机技术解决当今地球科学重大问题的地球科学卫星探测系统。作为GPS／MET的后续计划，主要是为了进行气象与气候研究、气候监测、太空天气和大地测量等研究。COSMIC计划于2003年之前发射8颗低轨卫星，8颗卫星每天可进行4000次GPS观测。本文介绍COSMIC系统组成及COSMIC数据应用。     

GPS掩星资料三维变分同化对台风模式预报的改进试验

本文尝试了GPSRO COSMIC资料在中尺度数值模式中的应用,利用COSMIC资料受云和降水影响较小,且有高数据精度、高垂直分辨率等优点,以改善模式初始场,进而提高预报准确度。模式采用中尺度气象模式WRF V3.0.1版本及其三维变分同化系统3DVAR,利用NCEP再分析资料、GTS资料和COSMIC资料对2009年第8号台风"莫拉克"登陆台湾岛前到登陆台湾岛的过程进行了模拟试验,并对温度、露点温度、对流有效位能等要素进行了诊断分析。试验结果表明:该项试验成功将COSMIC资料同化进模式,加深对"莫拉克"热力结构特征的了解,有效改善台风降水和路径预报,其中仅屏东县单点降水预报提高600 mm左右,24 h预报路径误差提高80 km以上。同时对提高台风强度预报起到积极作用。     

利用掩星资料分析东亚地区云厚的分布特征

利用2007年1月至2009年1月COSMIC掩星湿空气数据,基于相对湿度廓线出入云层时发生突变反演云边界高度的思想,统计分析了东亚地区云厚的分布特征。结果表明,掩星最低探测高度集中在3km以下,主要影响部分中云和低云云厚的反演。云发生概率沿纬度和经度方向呈现不同的分布特征,各类云概率随高度也有不同的变化规律。东亚地区所有云的平均厚度为1.78km,其中单层云和顶层云分布相似,双层云与其他云层的地理差异不大,单层云在春秋季分布相对均匀,而在夏冬季差异较大。夏季和冬季顶层云云顶高与云厚的二维频率分布各异,主要在于夏季有更多云体较厚且位于对流层上部的高云存在。     

COSMIC掩星反演大气温湿资料的质量特征分析

针对COSMIC(Constellation Observation System of Meteorology Ionosphere and Climate)掩星反演的大气温度和水汽压二级资料,利用常规探空观测和NCEP(National Centers for Environmental Prediction)分析资料分别进行质量检验分析,以揭示反演资料质量的海陆差异、随纬度和高度变化等三维空间特征。结果显示:我国区域反演资料的温度略低于探空观测与NCEP分析资料,温度与水汽压相对于检验资料的均方根误差较小;全球范围内,反演大气温湿资料的质量随高度和纬度的不同而存在明显差异,而且海洋和陆地上质量的水平和垂直分布特征也存在显著不同。总体上看,COSMIC反演大气温湿资料具有良好的可靠性与精确度,可作为我国数值预报资料同化的新资料,反演温湿资料的质量特征也可为COSMIC资料同化的质量控制和垂直稀疏化方案的设计提供科学依据。     

COSMIC掩星资料同化对台风“天兔”预报影响的试验

台风数值预报的关键之一在于给定准确的模式初始场。本文使用气象、电离层和气候星座观测系统(COSMIC)的卫星资料,通过资料同化技术改善数值天气预报模式的初始场,进而评估数据同化技术对台风(或热带气旋)预报的改善效果。使用我国自主研发的数值天气预报模式,对1319号台风“天兔”进行模拟试验,对温度场、湿度场、涡度散度场及假相当位温场进行诊断分析。试验结果表明,与同化常规探空资料相比,COSMIC资料的同化可减小模式预报台风路径误差,台风附近降水落区更为集中。研究评估了掩星资料同化对模式的改进作用,并能为台风预报技术和防灾减灾提供参考。     

基于COSMIC掩星数据分析全球NmF2周年和半年变化特征

使用COSMIC掩星提供的NmF2数据,利用傅里叶分析方法,研究全球F2层峰值电子密度的周年和半年分布特征,分析2010年LT12：00 14：00 NmF2周年和半年变化幅度及2008-2011年年平均值变化.结果显示,电离层NmF2周年和半年变化幅度在中高纬地区相对较大;在赤道和低纬地区相对较小,且NmF2以半年变化为主.太阳活动增强期间,NmF2年平均值增大.     

基于COSMIC掩星探测资料的云底高反演研究

本文基于相对湿度廓线进入云层时的突变实现云底高反演的思想,采用2008年11月至2009年1月的COSMIC掩星湿空气数据反演全球云底高度,并与探空资料反演结果进行对比分析,得出以下重要结论:(1)当温度－40 ℃相似文献   

基于毫米波雷达、无线电掩星和探空仪资料的云边界高度对比研究

为准确评估基于相对湿度廓线法反演云边界高度的有效性,以CloudSat和CALIPSO联合探测结果为基准,对2008年1月至2009年1月COSMIC无线电掩星和探空仪的云底高与云顶高反演结果进行定量对比验证,结果表明:CloudSat、掩星和探空仪检测到高云的比例差异较大,掩星和探空仪云检测效率相近,但云检测质量掩星优于探空仪,云层沿高度的发生概率同样掩星与CloudSat具有更好的一致性;陆地与海洋地区掩星和探空仪云底高反演精度大于云顶高,且反演精度与云层高度有关,二者对不同类型云的边界高度具有不同的反演优势,云底高发生概率掩星和探空仪与CloudSat都有很好的一致性,但云顶高概率掩星与CloudSat的吻合程度更好;CloudSat云边界高度随纬度升高而减小,其与掩星和探空仪的反演偏差同样是低纬大于中高纬,且具有不同的季节分布特点.此外,三者检测的底层云中低云所占比例从冬季到夏季逐渐减小,顶层云中云顶高于10 km的比例从冬季到夏季却逐渐增加.     

GPS掩星观测的发展及其在气象业务中的应用现状

GPS无线电掩星探测技术已经发展成为一种强有力的、相对经济的观测全球大气的方法.多年对GPS/MET概念卫星、CHAMP和SAC-C等GPS掩星观测的研究表明,GPS掩星观测资料与其他卫星资料相比具有很高的观测精度和垂直分辨率等优点,并且GPS掩星观测不受天气状况的影响,因此对其在天气预报及气候的应用有独特的优势.GP...