Striping Noise Analysis and Mitigation for Microwave Temperature Sounder-2 Observations

The Microwave Temperature Sounder(MWTS)-2 has a total of 13 temperature-sounding channels with the capability of observing radiance emissions from near the surface to the stratosphere. Similar to the Advanced Technology Microwave Sounder(ATMS), striping pattern noise, primarily in the cross-track direction, exists in MWTS-2 radiance observations. In this study, an algorithm based on principal component analysis(PCA) combined with ensemble empirical mode decomposition(EEMD) is described and applied to MWTS-2 brightness temperature observations. It is arguably necessary to smooth the first three principal component(PC) coefficients by removing the first four intrinsic mode functions(IMFs) using the EEMD method(denoted as PC3/IMF4). After the PC3/IMF4 noise mitigation, the striping pattern noise is effectively removed from the brightness temperature observations. The noise level in MWTS-2 observations is significantly higher than that detected in ATMS observations. In May 2014, the scanning profile of MWTS-2 was adjusted from varying-speed scanning to constantspeed scanning. The impact on striping noise levels brought on by this scan profile change is also analyzed here. The striping noise in brightness temperature observations worsened after the profile change. Regardless of the scan profile change, the striping noise mitigation method reported in this study can more or less suppress the noise levels in MWTS-2 observations.     

偏差订正方法在IASI辐射率资料同化中的应用研究

根据IASI(Infrared Atmospheric Sounding Interferometer)的资料特征和GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)同化系统的具体情况,建立了适用于业务使用的关于IASI辐射率资料的偏差订正方案,该方案包括扫描偏差订正和气团偏差订正。统计表明,IASI资料的扫描偏差不像微波资料一样具有明显的纬度依赖性,但在2x2的像元内存在某种特殊的扫描偏差,临边测量相对于星下点的扫描偏差可以用"扫描角"作为自变量而消除,而2x2的像元内的偏差只能通过稀疏化来规避;气团偏差主要根据当时的天气条件进行订正,利用模式背景场作为预报因子定量给出天气条件,采用1 000~300 h Pa的厚度、200~50 h Pa的厚度、50~20 h Pa的厚度以及模式地表温度作为预报因子。订正方案的试验结果显示,偏差能够长时间维持在比较低的稳定水平,订正结果显著。     

Rainfall Algorithms Using Oceanic SatelliteObservations from MWHS-2

正1EarthEnvironmental Sciences Department, Vanderbilt University, Nashville, TN 37235, USA2Space ScienceEngineering Center, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI 53706, USA     

风云三号卫星微波湿度计的扫描角偏差订正

首先统计分析了FY-3A卫星MWHS(Micro Wave Humidity Sounder,微波湿度计)2010年1月整月和8月28日—9月6日Level-1b全球观测亮度温度T_O和背景场(NCEP GFS 6 h预报场)用辐射传输模式(美国通用辐射传输模式CRTM 2.0版本)模拟的亮度温度T_B随扫描角的分布特征,发现通道3和4的观测随仪器扫描角有抖动、不连续现象。同时沿着仪器扫描线在星下点两测存在观测不对称现象,而且权重函数峰值越接近地面的通道该不对称现象越明显。在统计观测增量T_O-T_B随扫描角和纬度变化的基础上,定量给出了不同纬度带内(每隔5个纬度)MWHS通道3、4和5的扫描角偏差订正系数,该系数可直接提供给各种资料同化系统同化FY-3A MWHS资料时使用。     

常规数字化天气雷达体扫资料的处理应用

主要讨论通过数字化终端获得立体扫描（ＶＯＬＵＭＥＳＣＡＮ）资料及由此导出ＣＡＰＰＩ、ＶＩＬ、ＶＣＳ,多层透视ＰＰＩ等产品的有关处理技术及产品应用等问题。     

机器学习在强对流监测预报中的应用进展

近年来,机器学习理论和方法应用蓬勃发展,已在强对流天气监测和预报中广泛应用.各类机器学习算法,包括传统机器学习算法(如随机森林、决策树、支持向量机、神经网络等)和深度学习方法,已在强对流监测、短时临近预报、短期预报领域发挥了积极的重要作用,其应用效果往往明显优于依靠统计特征或者主观经验积累的传统方法.机器学习方法能够更...     

Insights into the Microwave Instruments Onboard the Fengyun 3DSatellite: Data Quality and Assimilation in theMet Office NWP System

正1Met Office, Exeter EX1 3PB, UK2National Satellite Meteorological Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China     

基于模板匹配法的长乐雷达强超折射回波识别

我国有许多新一代天气雷达架设在高山上,由于海拔高度较高,加上地球曲率的影响,在使用VCP11/VCP21模式探测时,造成较大的探测盲区,对低层降水回波的探测能力严重不足。长乐新一代天气雷达经过调整观测模式后,采用负仰角扫描有利于中小尺度灾害性天气系统的监测和预警,但同时会带来地物回波增强、海浪回波及超折射等负面效应。基于此,通过大量个例统计并分析长乐雷达在特定大气条件下的强超折射回波特征,借助模式识别理论提出了一个新方法"模板匹配法"识别强超折射回波。利用大量强超折射回波数据的检验和分析,结果表明该方法能够在不影响负仰角扫描模式下有效滤除长乐雷达的强超折射回波。目前该方法正在试运行,即将应用到中国新一代天气雷达建设业务软件系统开发ROSE项目中。     

基于季节内振荡的延伸预报试验

2～4周的延伸预报是近年来国际上天气和气候业务预报发展的一个重要方向。本文以江淮梅雨区降水为例, 在利用集合经验模态分解 (EEMD) 及多变量EOF方法获取梅雨区降水及其影响系统低频信号的基础上, 采用最优子集回归方法、 经验波传播 (EWP) 方法及全球海气耦合模式产品, 对梅雨季节内演变的延伸期预报方法进行了预报和试验, 以期为建立延伸期预报业务提供科学依据。试验结果表明: (1) 大气季节内振荡对梅雨区降水的延伸预报具有重要的应用价值, 可能是联系天气过程和异常的重要系统。(2) 通过EEMD方法提取前期降水演变及影响因子的季节内振荡信号, 采用最优子集回归统计学方法对梅雨区逐候降水量演变进行超前30天预报是有可能的。(3) EWP经验动力方法对热带ITCZ活跃异常的未来40天东传可能具有较好的预报效果, 还可能较好地预报出延伸期的梅雨区风场距平演变, 具有一定应用价值。(4) 全球海气耦合动力模式输出产品在延伸期环流形势趋势预报及20天左右的MJO指数预报方面有一定的参考价值。     

Evaluation of WRF Model Hydrometeors Based on TMI Observations Using an Indirect Method

Using a microwave radiative transfer(MWRT) model with microwave brightness temperatures(TBs) observed from the Tropical Rainfall Measuring Mission(TRMM) Microwave Imager(TMI),an indirect approach evaluated hydrometeors generated from the Weather Research and Forecasting(WRF) model in the process of CHABA typhoon in August 2004.This study compares the simulated TBs generated from the microwave radioactive transfer model connected to the WRF model with the observed TBs derived from TMI and analyzes the differences between these TBs.The results indicate that the WRF model underestimates the amount and area of liquid and ice hydrometeors inside the typhoon center.The results also indicate relatively better agreement between the simulated and the observed TBs in the vertical polarization than in the horizontal polarization.     

垂直积分液态水含量在地面大风预报中的应用

利用天津塘沽的CINRAD-SA型新一代多普勒雷达体扫描垂直积分液态水含量(VIL)产品资料,结合地面大风灾情报告和实况资料,对地面灾害性大风出现前VIL值的演变、发展情况进行了统计分析。结果表明:VIL值达到30kg/m2是地面灾害性大风出现的阈值,VIL值达到或超过40kg/m2则可以看作是大风的一个预警指标;VIL值达到最大后的快速减小意味着将出现地面灾害性大风,VIL值快速减小后的突然跃增则是地面灾害性大风开始的标志。应用评分系统命中率、误警率、临界成功指数检验了上述预警指标,结果表明VIL产品预警地面灾害性大风是可用的,而且随时间调整阈值大小,可以大大提高地面灾害性大风预警的命中率和临界成功指数;地面灾害大风出现前预报员有12～18min的时间用于发布短时、临界大风天气预报和大风预警。     

风云二号卫星地球观域修正算法

风云二号静止气象卫星在获取图像时, 必须使扫描辐射计的观域对准地球。卫星在轨道上受到各种摄动力的作用, 使轨道和姿态改变, 扫描辐射计的地球观域随之发生变化。卫星扫描辐射计对地球观域的偏差会影响图像定位的精度, 因此对准观域的工作是日常业务工作的一部分, 不仅在卫星定点之初启动观测时, 而且在业务运行的过程中, 都需要通过地面遥控指令进行修正。该文提出了一种风云二号静止气象卫星扫描辐射计地球观域修正量和调整方向的算法, 以替代人工目测卫星原始云图进行的卫星观域调整控制决策。这种算法的实施可以提高风云二号气象卫星云图获取作业的可靠性。     

All-sky Data Assimilation of MWTS-2 and MWHS-2 in the Met Office Global NWP System.

Microwave radiances from passive polar-orbiting radiometers have been, until recently, assimilated in the Met Office global numerical weather prediction system after the scenes significantly affected by atmospheric scattering are discarded.Recent system upgrades have seen the introduction of a scattering-permitting observation operator and the development of a variable observation error using both liquid and ice water paths as proxies of scattering-induced bias. Applied to the Fengyun 3 Microwave Temperature Sounder 2(MWTS-2) and the Microwave Humidity Sounder 2(MWHS-2), this methodology increases the data usage by up to 8% at 183 GHz. It also allows for the investigation into the assimilation of MWHS-2 118 GHz channels, sensitive to temperature and lower tropospheric humidity, but whose large sensitivity to ice cloud have prevented their use thus far. While the impact on the forecast is mostly neutral with small but significant shortrange improvements, 0.3% in terms of root mean square error, for southern winds and low-level temperature, balanced by 0.2% degradations of short-range northern and tropical low-level temperature, benefits are observed in the background fit of independent instruments used in the system. The lower tropospheric temperature sounding Infrared Atmospheric Sounding Interferometer(IASI) channels see a reduction of the standard deviation in the background departure of up to 1.2%. The Advanced Microwave Sounding Unit A(AMSU-A) stratospheric sounding channels improve by up to 0.5% and the Microwave Humidity Sounder(MHS) humidity sounding channels improve by up to 0.4%.     

相控阵天气雷达波束特性

为了缩短雷达的探测周期, 相控阵天气雷达必须采用宽波束发射, 多波束接收。该文在天线口径为均匀分布和非均匀分布情况下讨论了相位扫描天线的方向图, 对波束特性进行分析, 提出采用非均匀划分子空间方法可对相位扫描天线带来的波束展宽效应和增益减小进行补偿, 并模拟设计了一个相控阵天气雷达天线方案, 给出宽波束和多个窄波束方向图及波束参数。结果表明:海明加权方法可使副瓣电平降低到-25 dB, 能基本满足天气探测需求; 采用非均匀划分子空间能够对波束宽度和天线增益进行补偿; 文中所设计的天线方案不仅能够缩短雷达的探测周期, 还能充分利用雷达的照射能量。     

边界层风廓线雷达资料在浙中强对流天气中的应用

利用义乌CFL 03边界层风廓线雷达资料,对浙中地区15次强对流天气过程进行了分析。结果表明：①水平风不仅能提前于天气图数小时获知冷空气入侵,预判强对流的发生,而且通过对低空西南急流尤其是超低空西南急流或偏南急流的研究发现,其对短时暴雨或降雹能提供非常有利的信息,同时任何风向的超低空急流都可以作为判断雷雨大风的依据;②垂直速度和大气折射率结构常数（CN2）的大小能较好地反映降水开始和结束,而降水发生时,功率谱密度表现为正径向速度,谱宽变宽,且各信号形状较为相似;③当径向速度图出现速度模糊现象,尤其是在低层时,地面对应有大风。风廓线雷达资料对强对流天气的发生发展有较可靠的指示意义。结合多普勒雷达资料,可有效加强本地短临预报能力。     

一次暴雨天气过程的多普勒雷达特征分析

利用新一代多普勒天气雷达资料和常规天气资料,详细分析了2008年7月30—31日鄂尔多斯市北部地区出现暴雨的天气过程。结果表明:从雷达资料中可以清楚地看出降水的性质,及降水性质转变的具体时间(从暖区降水转为冷锋后降水)、冷锋的位置、降水云系的强弱、降水天气开始和结束的时段,降水云团何时加强、何时减弱等特征。     

东南沿海地区中α尺度雷暴云团卫星云图特征分析

利用GMS-5卫星IR、VIS、WV和分裂窗云图资料及常规天气图对1996～1999年3～9月发生在我国东南沿海地区的对流(雷暴)天气进行分析表明，对流(雷暴)天气主要发生在静止锋等六种不同的天气形势下，它们在卫星云图上的基本数字特征有相同之处，也存在明显的差异。通过对卫星云图中α尺度雷暴云团的灰度和局地标准差等基本数字特征的分析，发现局地标准差极大值或红外一分裂≤0极小值的出现，预示4h左右后雷暴云团将达最强。由此，可以较好的把握雷暴云团的发展阶段以及发展趋势，提高雷暴的预报水平。     

基于气象预警信息的大连气象微博评论情感分析及发布策略建议

微博在气象预警信息传播及气象部门收集社会公众信息反馈中发挥了积极作用,并产生了海量级的交互信息,客观分析此类信息对于气象部门及时引领舆论导向和调整发布策略具有较高的参考价值。文中基于2017年1月1日—2020年7月3日大连市重大气象灾害过程,运用自然语言处理、情感分析等方法对大连气象微博中与气象预警相关的评论内容进行情感分析研究。结果表明：公众关注最多的是天气预报准确率、天气过程对于生活影响以及信息发布的及时性。公众对重大天气过程特别是致灾天气过程本身负面评价多于正面,发布策略应根据气象灾害持续时间及时调整预警信息内容和发布频次;公众对大风、冰雹等气象灾害预警信号关注度随季节变化明显,发布策略应针对旅游业、养殖户、种植户等提出专业防范对策;针对发布频率高的大风预警信号,有必要调整业务发布规范,同时关注灾后事件信息的跟踪发布;研究发现,负面情感主要针对天气预报的准确度。     

平流层信号在冬季短期气候预测中的应用

平流层大气环流异常信号被认为对冬季对流层短期气候预测或中长期天气预报具有先兆性指示意义,但到目前为止,仍未真正用于短期气候预测。为了获取更多运用平流层环流异常信号预测对流层及地面短期气候的经验,该文利用北半球环状模 (NAM) 信号对2011—2012年冬季我国北方短期气候进行4次预测,并将预测结果与实况进行对比。在4次短期气候预测中,第2次和第3次预测结果与实况吻合很好:第2次成功预测了1月中旬到2月中旬我国东北和华北地区偏冷,第3次则成功预测了这种偏冷状态的持续。成功的主要原因是2011年12月—2012年2月平流层信号周期确定,且对流层和平流层之间动力耦合关系已经建立完全,平流层异常信号在该时段对流层和地面短期气候具有较强指示意义。     

Seasonal Prediction of Spring Dust Weather Frequency in Beijing

In this paper, seasonal prediction of spring dust weather frequency (DWF) in Beijing during 1982-2008 has been performed. First, correlation analyses are conducted to identify antecedent climate signals during last winter that are statistically significantly related to spring DWF in Beijing. Then, a seasonal prediction model of spring DWF in Beijing is established through multivariate linear regression analysis, in which the systematic error between the result of original prediction model and the observation, averaged over the last 10 years, is corrected. In addition, it is found that climate signals occurring synchronously with spring dust weather, particularly meridional wind at 850 hPa over western Mongolian Plateau, are also linked closely to spring DWF in Beijing. As such, statistical and dynamic prediction approaches should be combined to include these synchronous predictors into the prediction model in the real-time operational prediction, so as to further improve the prediction accuracy of spring DWF in Beijing, even over North China. However, realizing such a prediction idea in practice depends essentially on the ability of climate models in predicting key climate signals associated with spring DWF in Beijing.