应用ATOVS资料反演大气温湿廓线

本文用牛顿迭代的方法反演NOAA-15极轨气象卫星ATOVS资料，求解大气温度廓线和水汽廓线，本文利用一阶变分原理从辐射传输方程中得到了大气温度、水汽权重函数的解析形式，并改进了传统使用的线性迭代方法，利用牛顿非线性迭代方法求解大气表层温度，大气温度廓线及大气水汽廓线，并根据大气参量的自相关性，将大气温度廓线、大气水汽廓线用经验正交函数（EOF）的线性组合表示，减少了要反演的参数，提高了反演稳定性和迭代速度。     

附加影响因子对红外遥感资料反演大气温湿廓线的辅助作用

利用AIRS(Atmospheric Infrared Sounder)实际观测资料和采用特征向量反演方法,研究了非红外遥感因子对红外遥感大气温湿廓线反演的辅助作用。这些因子包括：微波探测通道、纬度、地形、表面高度、表面温度、表面气压等。试验结果表明,微波通道可以明显改善对流层中低层(800 hPa以下)温度和湿度的反演结果,对800 hPa以上没有明显的作用。划分纬度带有助于提高反演精度。在较平坦的地区温度反演的均方根误差远远小于地形起伏较大的地区。而水汽反演误差对地形变化不敏感。增加附加影响因子对改善对流层中低层温度反演精度有十分明显的作用,对中低层湿度反演精度有一定的改善。     

红外超光谱资料(AIRS)反演“云娜”台风外围晴空大气温度廓线的研究

研究反演了2004年8月11日“云娜”台风附近晴空像元大气温度、臭氧廓线及表层温度、地表气压、地表比辐射率等参数,并与观测资料进行了对比验证。在研究了用高空间分辨率的MODIS成像仪的云检测信息来进行空间匹配,客观确定高光谱大气垂直探测器AIRS的云检测的基础上,用特征向量统计法反演的廓线作为物理反演法的初始猜值,然后利用牛顿非线性物理迭代法求解表层温度、表层气压、大气温度廓线和臭氧廓线等,并将反演结果与多种观测资料进行了对比验证。结果表明,反演得到的廓线水平分辨率可达到13.5 km（星下点）,垂直分辨率达到101层,反演误差较小,可以弥补高原、沙漠以及高原等地方常规观测资料的不足。     

大气廓线综合探测系统及其应用技术

介绍了大气廓线综合探测系统——风廓线仪与RASS雷达的工作原理，并以具体实例来说明这种探测技术在国外高空探测领域中的广泛应用。它可以被用来推算湿度廓线，探测锋的热动力结构与垂直风结构，诊断热带地区行星边界层和降雨云系统。通过对中日科技人员2002年夏季在安徽省肥西县进行的中尺度天气观测试验资料分析，阐述了用风廓线仪和RASS雷达资料反演0．2～2．2km高度范围内湿度廓线的方法。     

青藏高原地区地表温度及其取值对大气长波辐射冷却的影响

针对辐射传输模式在青藏高原地区的应用问题，使用Ｌｉｏｕ－Ｏｕ一维辐射传输模式及１９８２年８月￣１９８３年７月青藏高原热源观测实验期间青藏高原地面、高空与卫星观测资料，在高原辐射传输模式中区分了下垫面温度与地表空气温度的作用，并利用卫星观测资料对模式改进后的实际效果进行了验证；分析了地表温度的日变化和季节变化硬度，得到了下垫面温度的简单参数化方法。     

青藏高原地表热状况对夏季东亚大气环流影响的数值模拟

本文利用有限区域有地形的5层原始方程模式,对青藏高原地区地表热状况在夏季东亚大气环流中的作用进行了一些数值试验和分析。结果表明:高原地面反照率、拖曳系数、蒸发系数以及土壤温度等的变化对大气加热增强时可造成高原上空及孟加拉湾一带的大气热源显著增强;对流层上层的青藏高压增强范围变大,并向西北方向偏移;热带东风急流加强北移;对流层低层西南季风加大;索马里、印度南侧和澳大利亚北侧的越赤道气流也增强;海平面上的大陆低压加深。同时,中南半岛地区及江淮流域的上升运动增强,降水增大,而我国东南沿海一带上升运动减弱,降水减少。     

利用MODIS红外资料反演大气温湿度廓线的研究

概述了利用特征向量统计回归反演算法,从EOS/MODIS的红外通道资料反演大气温湿度垂直分布的过程,并与美国国家环境预报中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)的等压面再分析场资料按照纬度和气压高度进行了真实性检验。结果表明：由MODIS资料反演得到的大气温湿度参数能够揭示大气温湿度的垂直分布。在各个等压面上均方根误差平均值在中纬度地区为3.39K,低纬度地区为1.40K,近地面层、对流层顶附近及下垫面地形复杂的区域误差较大,总体上低纬度地区要好于中纬度地区。反演的水汽误差也为低纬度地区小于中纬度地区,且随高度升高,中、高纬度误差都逐渐减小并逐渐接近。     

地基微波辐射计反演的青藏高原东侧甘孜大气温湿廓线分析

微波辐射计能够获取分钟级别的大气温湿廓线,可以弥补气象探空在时间分辨率上的不足。本文利用青藏高原东侧甘孜站2017年8—10月并址观测的微波辐射计和探空资料,对微波辐射计反演大气廓线的精度进行分析,并利用这些廓线探讨甘孜大气热力和云水变化特征。分析结果显示,总体上微波辐射计反演参量与探空观测之间具有高相关系数,微波辐射计反演的温度、相对湿度和水汽密度与探空观测的偏差分别为1.3℃、-2%和0.71 g·m~(-3),相应的均方差分别为2.9℃、20%和1.08 g·m~(-3),非强降水对微波辐射计观测质量的影响较小。微波辐射计与探空的温度偏差在多数高度层上小于2℃,能够达到气象业务的偏差要求。非雨天时微波辐射计与探空的相对湿度偏差在多数高度层上约为10%,雨天时相对湿度偏差在3.5 km以下小于5%。基于甘孜微波辐射计资料的统计分析发现,甘孜大气具有白天干热、夜间湿冷的日变化特征,云液态水含量白天较小、夜间较大,而且白天低层云发展较弱、云底较高,夜间低层云发展较强、云底较低。云液态水含量在云天和雨天具有相似的垂直结构,云液态水含量随高度增加先快速增大,然后在一定高度内波动变化,之后又快速变小,能够较好地指示入云和出云的特征。此外,云天低层云的云体主要处在0.1—2.5 km高度,而雨天低层云的云体分布高度范围更大为0—3.5 km高度。这些分析结果表明,微波辐射计反演大气廓线在甘孜具有可用性,能为定量研究云特征提供科学数据。     

热平流影响下湿润地表的通量-廓线关系

在有热平流影响的湿润地表，对Ｂｕｓｉｎｇｅｒ－Ｄｙｅｒ创立的经典通量－廓线关系作了简单的非线性作用修正。并利用热量和水汽输送方程两种不同简化方程分别对非线性修正因子ａ＇ｖ进行了理论分析和讨论，表明在热平流影响下的湿润地表α＇ｖ＜１，且由理论方地出一个αｖ与ζ的简化关系式。最后，用经参数化后得到的α＇ｖ表达式和修正后的相似性关系式联立构成的闭合方程组，以及用ＨＥＩＦＥ的资料求解出α＇ｖ及其它特征参数     

风廓线雷达反演大气比湿廓线的初步试验

基于湍流散射理论,运用边界层风廓线雷达 (WPR) 联合RASS (Radio Acoustic Sounding System), GPS/PWV (Global Position System/Precipitable Water Vapor) 进行全遥感系统的大气比湿廓线反演试验,并对影响因子进行分析。利用2011年8—9月云南大理综合探测试验数据的反演结果与探空数据进行比较分析,结果表明:WPR联合探空的温度廓线和起始边界比湿 (q₀) 反演大气比湿廓线,与探空大气比湿廓线相比具有相同的变化趋势,标准差为0.84 g·kg-1,误差随高度增加呈递增趋势;WPR联合RASS, GPS/PWV数据反演大气比湿廓线,与探空大气比湿廓线的标准差为0.85 g·kg-1。参加反演的数据中,折射指数结构常数C_n2与谱宽σ_turb2对反演影响最大,反演算法中大气折射指数梯度M符号的判断对反演精度也有较大影响。     

青藏高原北部及其邻近地区太阳加热率和大气红外冷却率

利用中分辨率辐射计算模式(MODTRAN3)和青藏高原北部及其邻近地区格尔木、哈密、酒泉三站的探空资料，对各站点夏季太阳直接辐射、向下总辐射和净辐射进行了计算，并进一步计算了大气的太阳加热率和红外冷却率。分析了青藏高原北部及其邻近地区的加热率和冷却率的一些特点。结果表明，青藏高原北部及其邻近地区加热率在llkm高度附近有最小值，夏季红外冷却率在llkm高度附近取得最大值，太阳天顶角的变化对太阳加热率有较强的影响。     

COSMIC掩星资料反演青藏高原大气廓线与探空观测的对比分析

利用青藏高原地区COSMIC掩星资料反演的大气湿廓线Wet Prf数据和8个站点的探空数据,分析了COSMIC反演大气廓线和可降水量与探空观测的偏差,并考查了偏差随高度的变化特征。结果显示:(1)COSMIC反演的温度、压强和水汽压廓线与探空观测具有很好的正相关;与探空观测相比,COSMIC的温度、压强和水汽压的偏差为-0.2℃、1.7 h Pa和0 h Pa,均方差为1.8℃、1.6 h Pa和0.4 h Pa;COSMIC反演大气廓线与探空观测的偏差基本上在大气低层较大,然后随高度增加而减小。(2)COSMIC反演的可降水量与探空观测正相关较好;COSMIC反演的可降水量低于探空观测,两者的偏差为-5.0 mm,均方差为5.7 mm;两者的负偏差在大气低层最明显。(3)探空观测在近地层的不稳定性和COSMIC反演方法中背景模式在青藏高原地区描述大气状态的能力有限,是造成COSMIC反演大气廓线和探空观测的偏差在近地层较大的主要原因;COSMIC观测的折射率偏小导致其反演的可降水量偏低。     

中国区域典型大气廓线样本库的一种选择方法

在模拟大气辐射传输过程、发展大气透过率模式及反演大气参数等许多应用中,大气状态廓线是重要的输入参数,为方便使用,建立具有一定代表性的样本数据库十分必要。目前,国际上有几十种各具特色的大气样本库,但包含中国区域的样本极少。为了弥补国际大气样本库中缺少中国区域大气廓线的不足,以中国区域2002年气象探空资料为基础,利用拓扑学方法建立了包含30条大气温度和湿度廓线的中国区域大气廓线样本库2。通过对所选样本的覆盖区域、观测时间、海拔高度、廓线垂直分布等特征分析,结果表明:该样本库具有样本时空分布均匀、样本独立性和气候代表性好等特点,符合大气样本库建立的基本原则,可为辐射传输研究和业务应用提供大气样本支持。     

利用AIRS卫星资料反演大气廓线Ⅰ.特征向量统计反演法

引进美国威斯康星大学的IMAPP（International MODIS／AIRS Preprocessing Package）软件包，介绍了利用高光谱分辨率大气红外探测器AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）观测辐射值，用特征向量统计法反演大气温度、湿度等垂直廓线的算法，采用亮度温度分类和扫描角分类回归后，减小了反演误差。并将其应用到中国地区，通过与无线电探空值及欧洲中期天气预报中心ECMWF（European Center of Medium-range Weather Forecasts）客观分析场的比较，结果表明：该方法所获得的温度、水汽反演结果与探空观测及ECMWF大气廓线分布一致，且AIRS因其高光谱分辨率（即高垂直空间分辨率）显示了精细的大气结构。     

红外高光谱资料模拟大气廓线反演对云的敏感性

用不同云顶高度和不同有效云量时的星载红外高光谱观测值,模拟大气温湿垂直廓线反演对云参数的敏感性。用特征向量统计反演法按照云顶高度和有效云量分类反演了大气温湿廓线,统计了不同云高（200,300,500,700和850hPa）及云高有50hPa误差时温度、水汽混合比反演的均方根误差随有效云量的变化。结果表明,随着有效云量的增大,云顶以下各高度层上的温度、水汽混合比反演误差都明显增大。云高有50hPa误差较准确已知而言,温度和水汽混合比的反演误差增大,但温度反演对云高误差的敏感性比水汽反演要高。     

用非线性重整化方法反演大气折射率廓线的数值试验

本文研究采用非线性重整化方法反演大气折射率廓线，以代替传统的探测方法，结果表明表明非线性重整化方法能够反演出人们所关心的局部大气折射率廓线的改变。     

中国东部大气温湿廓线特征及其对辐射收支计算影响的分析

辐射平衡是气候决定性因素之一, 温湿廓线对辐射计算有重要影响。利用中国东部地区1960—2008年74个探空站资料, 将SBDART（Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer）辐射传输模式自带的大气温湿廓线和探空测得的实际大气温湿廓线进行对比, 并代入SBDART模式中, 分别计算晴空条件下不同温湿廓线对辐射通量的影响。结果表明:（1）中国东部地区的大气温湿廓线有明显的区域和季节特点;（2）模式地面向下辐射通量与实际相比有较明显差异, 尤其是在东北地区的冬季、中东部地区的夏季和华南地区的冬季, 差值达20—35 W/m2, 相对误差达2.01%—3.18%;（3）在东北地区的冬季、中东部地区的冬季以及华南地区的夏、冬季, 模式计算的大气顶向上辐射通量与实际相比差值达10—22 W/m2, 相对误差可达3.67%—8.94%;（4）模式与实际辐射加热率的差值在0.03—0.29 K/d。研究表明, 模式自带的大气温湿廓线区域和季节划分并不够细致, 不足以代表中国东部地区各个区域及季节的温湿特点。建立一套中国东部地区的大气标准廓线可以为辐射模拟提供更准确的输入量。      

青藏高原大气边界层结构特征研究综述

青藏高原对我国东部地区的天气和气候、亚洲季风乃至全球大气环流和天气气候都有重要影响,而高原大气边界层作为连接高原独特下垫面和自由大气的桥梁,在上述影响过程中扮演了重要作用。高原大气边界层观测资料的匮乏严重制约着青藏高原天气与气候研究。本文回顾了青藏高原大气边界层结构特征的研究历史,将这些成果进行了总结和分析,并对目前研究中存在的不足之处进行了探讨。