TOVS卫星反演资料变分分析的试验研究与应用

为弥补海洋、高原等地带常规资料的不足,分析使用非常规卫星资料得到越来越多的重视,其中TOVS资料的精度及与常规资料的误差减少的研究尤为重要。本文采用变分分析技术对TOVS卫星反演资料进行同化分析研究,结果表明,变分结果分析场能充分体现常规与非常规资料的优势,使得天气系统能得到更精确的表示。     

GMS-5反演湿度场的一维变分质量控制试验

应用一维变分方法对GMS5资料反演的相对湿度场进行了变分同化质量控制试验。首先具体分析了1998年6月12～29日的MM5模式12h预报湿度场、卫星反演湿度场和同化分析湿度场的误差统计量(误差平均值、误差自协方差矩阵、均方根误差等)。在此基础上,又应用一维变分方法对1998年7月20～30日的资料进行了同化试验,并以1998年7月21日00时(世界时)的结果为例,详细分析比较了3种湿度场。分析结果表明:MM5模式背景湿度场总体上低层偏湿,中上层偏干,各层面上的干湿区域区分明显;但往往湿区过湿,干区又偏干,均方根误差(RMSE)相对较大,各层面多在10以上,最高达到15.6。GMS5卫星反演湿度场总体与探空实测结果更接近,但整体平均看,各个层面基本上略偏湿,特别在中低层,RMSE为6.3～8.9。经过一维变分质量控制的湿度场基本接近卫星反演湿度场,但同化后的湿度场的RMSE在中低层要比卫星反演场的要小,RMSE下降了0.4～0.7,下降比率达到6%～9%;高层与卫星反演结果基本接近。对模式向前12h预报场而言,同化了卫星反演湿度场后,均方根误差值下降了1.4～9.0,下降比率达到17%～59%,同化后的湿度场与实际大气大大接近。     

东亚地区高分辨率物理反演方法的数值试验;内部比较研究

为了考察同步物理反演法(Simultaneous physical retrieval method,简称SPRM)的性能,本文着重在反演方法、红外大气透过率算法效应以及SPRM对不同初估值的依赖性三方面,进行了内部比较研究。结果表明:使用透过率调整算法,可以在一定程度上改善物理反演法精度:SPRM的反演精度对初估值的依赖性比统计回归反演法(Statistical regression retrievalmethod,简称SRRM)弱;本阶段SPRM温度反演试验,就大范围纬向平均而论,尚不及改进的SRRM的精度,但在探空资料稀少地区同步物理反演的气象场结构略优于SRRM。     

SSM/I资料反演大范围地表湿度试验

利用SSM/ I遥感数据, 结合2002年汛期“973”外场观测资料及T106资料, 借助微波辐射传输正演模型, 通过物理反演原理提取SSM/ I低频19 GHz通道像元平均地表微波比辐射率, 然后利用地表微波辐射模型, 估算SSM/ I像元的地表湿度信息。以2002年8月中旬发生在长江流域的暴雨天气过程为例, 将反演得到的地表湿度信息与地面观测到的降水信息进行对比分析, 并与地面的洪涝特征进行对比分析, 得到了与地面降水观测结果较为一致的对比结果。     

一种新的温度传感器湿度补偿方法

针对温度传感器测量中易受湿度影响的问题,通过对思维进化算法（Mind Evolutionary Algorithm,MEA）中的趋同操作、异化操作及收敛条件进行研究改进,对趋同操作中的散布权值进行自适应调整,在异化操作中引入差分进化算法的变异操作,并考虑收敛条件中搜索平面平缓的情况,提出了基于改进思维进化算法的BP神经网络湿度补偿方法.由湿度影响检定实验得到的样本数据,利用此补偿方法建立湿度补偿模型,将补偿结果与未经优化的BP神经网络模型的结果进行比较研究.结果表明,基于改进思维进化算法的BP神经网络模型补偿精度较高,收敛速度快,计算量小,可有效提高温度传感器的测量精度和可靠性,便于实际应用.     

人工神经网络法反演晴空大气湿度廓线的研究

高光谱分辨率大气红外探测器AIRS(Atmospheric Infrared Sounder)作为第一个超高光谱大气红外探测仪,开辟了卫星大气探测的新时代.以无线电探空值与SARTA(Stand-Alone Radiative Transfer Algorithm辐射传输模式)v1.05版的前向模式模拟出的AIRS辐射...     

AIRS晴空大气温度廓线反演试验

2002年5月发射的Aqua是美国地球观测系统中的第2颗卫星EOS-2（Earth Observing System）,它携带的大气红外探测仪AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）是目前国际上最先进的超高光谱分辨率红外大气垂直探测仪。1200的光谱分辨率和全球覆盖能力使其可以观测全球大气状态及其变化。对其超高光谱分辨率资料的处理和应用的研究既有科学意义,又有实用价值。利用AIRS实际观测资料反演大气温度,本文使用的是便于处理大数据量的统计反演方法中的特征向量法,计算回归系数使用的是AIRS观测辐射值和T213数值预报分析场。本文从通道个数、地形及地表发射率影响、增加预报因子、国外同类产品比较等4个方面进行了大气温度反演试验研究。研究结果表明:（1）在利用超高光谱分辨率仪器进行反演时,合理选择通道是非常必要的;（2）AIRS反演的大气温度在对流层顶和中上层具有较高的精度,在对流层低层,尤其是近地面反演精度不够理想;（3）增加地表温度,地表发射率和地形3个预报因子,可以提高近地面的反演精度;（4）文中反演的大气温度精度与国外同类产品精度基本一致。     

云对地基微波辐射计反演湿度廓线的影响

利用中国气象局大气探测试验基地的L波段探空数据和微波辐射计观测数据,采用MonoRTM辐射传输模型作为正演亮温模型,BP (back propagation) 神经网络作为反演工具,在由亮温反演大气湿度廓线的过程中,添加与样本匹配的云底高度和云厚度信息,建立新的反演模型,使新反演模型得到的反演湿度廓线和未添加云信息的反演湿度廓线分别与探空数据进行对比,获取两种反演方法各高度层的均方根误差,分析云信息对反演大气湿度廓线的影响。对比结果表明:未添加云信息时,测试样本的反演湿度廓线与探空廓线的相关系数平均值为0.685,而添加云信息后,相关系数平均值为0.805。相比未添加云信息的反演廓线,添加云信息之后多数高度层的均方根误差均有不同程度减小,而在有云以上高度层表现尤为明显。     

卫星资料反演湿度场改变模式初值对降水预报的影响

为探讨初始场资料在数值预报中的重要性,用高分辨率卫星TBB资料反演的云内湿度场来改进模式初值,初步研究分析了改进的模式初值对降水预报的影响。以湿绝热过程的变态方程为积分方程,由卫星TBB资料反演出大气中各等压面层湿度场。通过对比分析反演的湿度场与客观分析 (T106) 的水汽场,发现两者有较大区别,前者更加合理地反映出降水区域高空湿度场的分布。利用中尺度模式MM5将有限区域的常规探空资料和非常规资料进行同化,并对暴雨个例进行预报对比试验。不同初值的对比试验表明,在模式的初始场中引入卫星资料反演的湿度场后,明显地改善了模式降水预报的强度和落区,比仅使用常规探空资料更接近于实况。     

一种新的大气稳定度分类方法

提出了一种运用灰色聚类理论对大气稳定度进行分类的新方法,用该方法及上海江湾站1993年1、4、7、10四个月的逐时常规观测资料对当时当地的大气稳定度进行了分类,最后与国标分类法所得结果进行了比较,得到了更优、更合理的类分布,说明该方法是大气稳定度分类中一种简单、实用而且效果更好的新方法。     

南极春季臭氧的TOVS反演及其与BREWER观测的比较

通过改进臭氧的统计反演算法，从NOAA卫星的TOVS资料中提取了1993年南极臭氧洞期间中山站上空大气臭氧含量的资料。本文的结果与NOAA的TOVS臭氧产品以及中山站的Brewer观测进行了比较。尽管3种资料对在臭氧洞期间臭氧含量的显著减少这一特征上相当一致，但此项结果相对于Brewer观测，其均方根误差29 DU，优于NOAA的业务反演产品。此外，还初步讨论了这两种反演的误差特征。     

中国大气水分气候变化研究

该文对我国逐日两次探空资料,经过综合静力学质量控制系统（CHQC）和序列均一性检验后,计算分析了中国大气水分的气候分布特点及近20年来气候变化趋势,讨论了大气水分变化与地面气温、夏季大气水分与我国东部降水异常之间的关系。     

A Study on Retrieving Atmospheric Profiles from EOS/AIRS Observations

1. IntroductionThe development of global climate and weathermodels requires accurate monitoring of atmospherictemperature and moisture profiles, as well as the con-tents of trace gases and aerosols. It is quite difficultto monitor continuously these parameters on a globalscale.Until recently. AIRS (Atmospheric InfraredSounder) offers a new opportunity to improve globalmonitoring of temperature, moisture, and ozone distri-butions and changes therein. The high spectral resolu-tion (v/Δv ? 12…     

T63L16谱模式水汽初始场的处理和试验

在T63L16谱模式中,初始输入的水汽场,经展谱后,垂直各层一般出现2％～8％的负水汽点。为了克服这一负水汽现象,我们采用了“逐步循环订正法”对初值进行了一些特别处理。经实例计算表明,其效果明显,不仅负水汽现象得以克服,而且对各层水汽场的水平分布不会带来明显的变化。     

T_(63)L_(16)谱模式水汽初始场的处理和试验

在T63L1 6谱模式中 ,初始输入的水汽场 ,经展谱后 ,垂直各层一般出现 2 %～8%的负水汽点。为了克服这一负水汽现象 ,我们采用了“逐步循环订正法”对初值进行了一些特别处理。经实例计算表明 ,其效果明显 ,不仅负水汽现象得以克服 ,而且各层水汽场的水平分布不会带来明显的变化     

地基遥感大气水汽总量和云液态水总量的研究

介绍了地基微波辐射计遥感反演大气柱中的水汽总量和云液态水总量的辐射传输原理和反演方法。给出了实用的有气候代表性的北京地区4个季节的反演公式，并对反演公式进行了数值检验，分析了反演精度：春、夏、秋、冬4季水汽总量反演的相对标准偏差分别为3．1％、1．6％、2．2％和2．4％。用反演公式反演在香河探测的NASA微波辐射计资料发现：微波辐射计反演的水汽总量平均比探空测量值偏大O．21cm，二者的线性相关系数为0．988．均方根误差为0．16cm：云液态水总量除降水云天外．值均在0．1mm以下。