AMSU温度反演及其在台风研究中的应用

利用物理统计综合方法，建立了统计回归模型，作AMSU（Advanced Microwave Sounding Unit）温度反演。采用Liebe模式计算了AMSU3～14通道微波波段的权重函数，利用计算得到的归一化权重函数作为统计回归模型的约束夸件，并适当调整约束因子求得方程的最佳解。结果表明，当采用近星下点的AMSU—A亮温资料样本时，该算法模型具有较高的反演精度，在100hPa以下，温度均方根偏差为0．4K，100hPa及以上的均方根偏差为1．0K。用同样的约束回归算法对AMSU偏离星下点的观测视场作了临边订正，对于通道4～14（频率52．8～57．29GHz）的大气探测通道，使其最大偏差由-15～5K减小为4-0．9K。利用反演的温度，对2002-2003年登陆和影响我国的15个热带气旋的暖心结构作了分析，发现AMSU温度不仅能够清晰地反映热带气旋的暖核结构，而且其温度距平值与热带气旋中心风速和最低海平面气压有较好的相关关系，对实际分析预报有一定的参考价值：     

热带太平洋海表温度年际变化对降水季节内振荡的影响

根据 １９８２—１９９２年期间的日平均 ＭＳＵ（Ｓｐｅｎｃｅｒ, １９９３）海洋降水和 ５天平均的ＣＭＡＰ（Ｘｉｅ＆ Ａｒｋｉｎ, １９９７）降水观测资料,分析了热带太平洋大气季节内振荡（ＭＪＯ）的年际变化特征。在太平洋海表温度（ＳＳＴ）年际变化的正常年份（１９８２—８３年, １９８６—８８年, １９９１—９２年）,均有明显的ＭＪＯ信号传到日界线以东并在中、东太平洋维持数月。热带ＭＪＯ活动强度的年际变化与局地ＳＳＴ的变化存在正相关。中、东太平洋降水的季节内振荡的年际变化与热带太平洋ＳＳＴ的最强正相关在Ｎｉｎｏ３区附近。以观测ＳＳＴ场强迫ＣＣＭ３大气模式的数值试验基本上真实地再现了１１年期间热带太平洋降水季节内振荡的年际变化总趋势,但模拟季节内振荡的强度较观测平均偏弱。对比分别采用周平均和月平均ＳＳＴ强迫场的积分结果,发现在中、东太平洋,二个积分模拟的降水季节内振荡强度的年际变化接近并且趋势与观测基本一致,而在西太平洋二个积分的模拟结果差别较大。这表明在热带中、东太平洋,ＳＳＴ强迫的年际变化对ＭＪＯ强度的变化有强的制约。而在ＭＪＯ总体活跃的热带西太平洋,ＳＳＴ强迫场的季节变化对模拟ＭＪＯ活动也有较大影响。ＣＣＭ３模拟     

基于大气辐射传输模型的单通道海表温度反演算法研究

在分析大气辐射传输模型基础上,提出了单通道海表温度反演算法。首先,利用像元尺度的大气廓线精确计算大气上行辐射、下行辐射和透过率,然后将这些参数与海水比辐射率代入大气红外辐射传输方程,求解海表温度。与传统的劈窗算法相比,该算法具有时空变化适应性强的特点,尤其适用于缺乏浮标数据的海域。为了验证算法的可行性和准确性,利用2009年全年的MODIS数据在美国西海岸海域进行试验。通过与浮标实测数据比对可发现,单通道海表温度反演算法与浮标实测值的标准方差为0.73 ℃,平均偏差为0.23 ℃,说明该算法具有较高的精度,能满足常规的业务观测需求,另外也可用于标定劈窗算法的系数。      

热带海表风速与海表温度日变化关系分析

利用热带测雨卫星(TRMM)搭载的微波成像仪(TMI)探测结果,在像元分辨率上同步反演的10年海表温度(SST)和海表风速(SSW)资料,研究了热带地区非降水条件下SSW变化对SST日变化的影响。结果表明热带地区SST日变化显著,SST日最小值多出现在早晨03:00(当地时间,下同)至06:00,日最大值多出现在午后17:00至19:00,SST日绝对振幅为1.9~3.4℃,日相对振幅为5%~7%。SSW变化对SST日最小值和日最大值的出现时间及SST日振幅均有明显的影响,且均呈现出区域性差异。热带地区SST日绝对振幅随SSW增大而减小,当SSW增加至9 m/s之后,SST日绝对振幅变化不再明显;二者符合特定的正弦函数关系。在风速小的情况下,暖池区域平均SST日绝对振幅异常减小了0.16℃;在风速大的情况下,秘鲁沿岸区域平均SST日绝对振幅异常增大了0.17℃,且SST随时间变化波动较大。上述研究结果为下一步研究海表感热和潜热日变化打下了基础。     

江淮梅雨与太平洋海表温度的相关分析

讨论了江淮梅雨期降水量与太平洋海表温度的同期和前期的相关性,揭示其年际和年代际变化的相互关系。表明江淮梅雨量与同期和上年春季、冬季几个关键区域SST具有显著相关性;江淮梅雨量年际和年代际变化与太平洋SST年际和年代际变化也存在一定关系,热带太平洋、墨西哥湾和东太平洋SST年代际变化对江淮地区梅雨降水量的年代际变化趋势预测有较强指示意义。     

热带西太平洋海表温度长期变化的特殊性

揭示了５０年代以来热带三大洋海表温度（ＳＳＴ）长期变化的两个基本构成（线性增温及Ｅｌ Ｎｉｎｏ－Ｌａ Ｎｉｎａ振荡）,并比较了它们在三大洋中的典型程度。在此基础上重点分析了热带太平洋西、中、东部ＳＳＴ长期变化的差异,指出热带西太平洋ＳＳＴ长期变化中Ｅｌ Ｎｉｎｏ－Ｌａ Ｎｉｎａ振荡相对较弱,线性增温趋势被年代际强弱振荡代替。     

基于多普勒天气雷达的垂直散度和温度平流廓线反演

垂直散度廓线可用于推断大气垂直运动情况,垂直温度平流廓线可用于推断大气层结是否稳定,有助于预报员推断本站降水演变趋势。鉴于我国多普勒天气雷达中还没有垂直散度和温度平流廓线产品,提出了这两种产品的反演方法。首先使用分层VVP方法从雷达体扫径向速度资料中反演出雷达站上空的垂直风廓线和垂直散度廓线,然后在假设大气处于地转平衡条件下,基于温度平流与地转风随高度的变化关系,从垂直风廓线中反演出垂直温度平流廓线。以两次大范围暴雨天气过程为例,反演了雷达站上空的垂直风廓线、散度廓线和温度平流廓线,并对反演结果进行了分析。结果表明:在雷达周围有大范围降水回波的情况下,使用分层VVP方法能合理地反演出雷达站上空的垂直风廓线和散度廓线;在这种情况下,反演的垂直风廓线代表各个高度雷达有效探测范围内的平均水平风,可近似满足地转平衡条件,因此,使用热成风方程能较为合理地从垂直风廓线中反演出垂直温度平流廓线;三个反演产品的合理性可用天气学理论和天气实况来解释。     

FY-4A GIIRS高时间分辨率温湿度廓线反演及其在台风中的应用

针对2020年第9号台风"美莎克"期间FY-4A 高光谱红外干涉式大气垂直探测仪GIIRS每15 min一次的目标区跟踪加密观测资料,用三维卷积神经网络算法反演的全天空大气温度、湿度廓线分析了台风处于生命史不同阶段时暖心结构和湿度场结构的演变特征。结果表明:卷积神经网络的深度机器学习算法可以用来反演全天空的三维大气温度和湿度垂直廓线,不光适用范围广(晴空和有云视场)、反演精度高,而且反演速度快。利用静止卫星平台高时间分辨率的特性,反演得到的温度、湿度廓线可以细致追踪台风处于发展、成熟和登陆等阶段时暖心结构和湿度场的时空演变特征。台风从发展阶段(热带风暴和强热带风暴)到成熟阶段至登陆消亡时,暖心首先出现在对流层中高层较薄的区域,随着台风强度的加强,深厚的暖心结构明显、强度增加,水平面积增大且垂直往下延伸。由于对流云中强上升气流的输送水汽正距平区逐渐上传至300 hPa,台风最强时密闭云区与四周下沉气流区比湿差高到8 K·kg^-1。暖心结构和高湿度中心随着台风登陆而逐渐消失。     

Evaluation and Preprocess of Chinese Fengyun-3A Sea Surface Temperature Experimental Product for Data Assimilation

Validated satellite-derived sea surface temperatures (SSTs) are widely used for climate monitoring and ocean data assimilation systems. In this study, the Fengyun-3A (FY-3A) SST experimental product is evaluated using Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR)-merged and in situ SSTs. A comparison of AVHRR-merged SSTs reveals a negative bias of more than 2K in FY-3A SSTs in most of the tropical Pacific and low-latitude Indian and Atlantic Oceans. The error variance of FY-3A SSTs is estimated using three-way error analysis. FY-3A SSTs show regional error variance in global oceans with a maximum error variance of 2.2 K in the Pacific Ocean. In addition, a significant seasonal variation of error variance is present in FY-3A SSTs, which indicates that the quality of FY-3A SST could be improved by adjusting the parameters in the SST retrieval algorithm and by applying regional and seasonal algorithms, particularly in key areas such as the tropical Pacific Ocean. An objective analysis method is used to merge FY-3A SSTs with the drifter buoy data. The errors of FY-3A SSTs are decreased to-0.45K comparing with SST observations from GTSPP.     

试用GMS卫星多通道资料反演海表温度

从Ｓ－ＶＩＳＳＲ图像定位和数据定标出发，参考极轨气象卫星多窗区ＭＣＳＳＴ技术，对２５°－４５°Ｎ、１１７．５°－１４０°Ｅ区域ＧＭＳ－５卫星海表ＳＳＴ反演作了尝试，探讨了静止气象卫星多通道资料反演ＳＳＴ的方法。     

利用MODIS多通道数据反演近海海表温度

以EOS卫星的中分辨率成像光谱仪MODIS遥感资料为数据源,以福建近岸海域为示范区,利用多通道数据算法模型进行近海海表温度卫星遥感反演试验,并根据2003-2004年福建近岸海域10个观测站点的实测海洋表面温度对反演结果进行精度检验与分析.遥感反演的海洋表面温度与现场观测的海洋表面温度绝对误差的平均值为0.75℃,标准差为0.52℃,绝对误差在1.0℃以内的样本占总样本的68%.结果表明利用MODIS多通道数据算法模型遥感反演近海海表温度能够满足海洋应用的精度要求.     

北太平洋海平面气压场变化与海温的关系

利用SVD（singular value decomposition）方法分析了1948年1月—2002年12月北太平洋海平面气压场与海温的关系。结果表明,SVD第1对异类相关分布型反映出,当东北太平洋副热带高压加强（减弱）时,Namias海区海温升高（降低）,而加利福尼亚海流区海温降低（升高）。SVD第2对异类相关分布型表明,当阿留申低压加深、北太平洋副热带地区气压升高时,黑潮暖流区海温升高,而北太平洋高、低纬海温降低;反之亦然。时滞相关表明,北太平洋大气环流异常超前海温1个月的相关最好,海温变化对大气环流异常分布型具有维持作用。NCAR CCSM3模拟结果很好地验证了上述结论,即在海气相互作用过程中,东北太平洋副热带高压和NPO（North Pacific Oscillation）与北太平洋海温存在密切联系。     

ENSO 循环过程中逐月海温异常的合成分析

文章基于UK和MIT 1990年整编的12年（1968～1977年和1982～1983年）逐月5°×5°经纬网格点的海温（SST）距平资料,对其间发生的4次El Nino事件和3次La Nina事件作了逐月全球SST异常分布的合成分析。合成结果表明：在El Nino事件的形成阶段,赤道中太平洋存在明显的东传暖性低频扰动;而在La Nina事件的形成阶段,南北美沿岸有稳定增强的冷中心向西发展。     

ENSO and Sea Surface Temperature Anomalies in Association with Canadian Wheat Yield Variability

Interannual variations of spring wheat yields in Canadian agricultural regions are analyzed, together with the associated sea surface temperature (SST) anomalies in the northern hemisphere tropics and extratropics, from 1961 to 2015. The cubic trend is calculated and used to represent the trend related to advances in agricultural technology over this time period. The correlations between Canadian wheat yields at regional scales and the tropical El Niño–Southern Oscillation (ENSO) variability are not robust at any stage of the evolution of ENSO. Based on the power spectrum and cross-spectrum analysis, the most prominent yield variance is found in the Canadian Prairies, with a significant power peak of 4.5 years but does not co-vary significantly with interannual ENSO variability. ENSO weakly affects temperature and precipitation anomalies in the Canadian Prairie Region in summer—two important agroclimatic conditions for crop growth—and hence insignificantly impacts wheat yields. This indicates that there would be little benefit to including tropical ENSO indices in the operational wheat yield forecasting system. For Canadian wheat yield forecasting, attention should be paid to the preceding winter and spring SST anomalies in the northern extratropics. The SST anomalies associated with yields in the Canadian Prairie region and Central Region are generally stronger than those associated with yields in the Canadian Pacific Coast Region and eastern Maritime Region. In association with the Prairie Region and Central Region yields, SST shows pronounced anomalies in the mid-high latitudes of the North Pacific from winter to summer. The non-linearity of the SST anomalies associated with the Canadian yields is also clearly evident. Stronger (weaker) SST anomalies in the extratropical North Pacific correspond to low wheat yields in the Prairie (Central) Region, while weaker (stronger) SST anomalies correspond to high yields in the Prairie (Central) Region.     

Potential Predictability of Sea Surface Temperature in a Coupled Ocean--Atmosphere GCM

Using the Flexible Global Ocean--Atmosphere--Land System model (FGOALS) version g1.11, a group of seasonal hindcasting experiments were carried out. In order to investigate the potential predictability of sea surface temperature (SST), singular value decomposition (SVD) analyses were applied to extract dominant coupled modes between observed and predicated SST from the hindcasting experiments in this study. The fields discussed are sea surface temperature anomalies over the tropical Pacific basin (20^oS--20^oN, 120^oE--80^oW), respectively starting in four seasons from 1982 to 2005. On the basis of SVD analysis, the simulated pattern was replaced with the corresponding observed pattern to reconstruct SST anomaly fields to improve the ability of the simulation. The predictive skill, anomaly correlation coefficients (ACC), after systematic error correction using the first five modes was regarded as potential predictability. Results showed that: 1) the statistical postprocessing approach was effective for systematic error correction; 2) model error sources mainly arose from mode 2 extracted from the SVD analysis---that is, during the transition phase of ENSO, the model encountered the spring predictability barrier; and 3) potential predictability (upper limits of predictability) could be high over most of the tropical Pacific basin, including the tropical western Pacific and an extra 10-degrees region of the mid and eastern Pacific.     

Evaluation of FY-3/VIRR Sea Surface Temperature Data for Climate Applications

We evaluated the sea surface temperature(SST)products derived from the visible infrared radiometer on board the Fengyun-3 satellites(FY-3/VIRR)during 2016-2018 ...     

热带太平洋SST的多尺度时空特征分析

根据NOAA—CIRES气候诊断中心提供的1950—2000年月平均Reynolds SST资料，利用Morlet小波变换的方法，对热带太平洋SST的时空特征进行分析。结果表明：热带太平洋SST存在年变化、年际变化、中心周期为12a的年代际变化，这3种尺度的变化具有不同的时空分布特征及传播特征。     

2009/2010年冬季中国气温异常及其对海表温度的遥响应

基于1958/1959～2009/2010年冬季全球海表温度(HadISST)和中国160站地面月平均温度等资料,利用广义平衡反馈分析方法(GEFA),分析了中国地区2009/2010年冬季气温异常型态与SST异常的关系。结果表明,热带中东太平洋El Niño型和热带大西洋“三极型”对2009/2010年冬季中国地区西南暖东北冷的异常型态(简称LN型)影响显著。 为了验证统计结果的可靠性,利用MPI(Max Planck Institute for Meteorology)全球大气环流模式ECHAM5进行气温异常型态对关键海盆SST变化响应的敏感性试验,结果表明西南地区气温异常对热带太平洋El Niño模态强迫的增暖响应在0.5℃左右;对热带大西洋“三极型”强迫的增暖响应在0.6℃左右,增暖中心的云贵高原一带最大增温幅度达到1℃。对El Niño模态、热带大西洋“三极型”的强迫,东北绝大部分地区表现出冷的响应,气温异常下降分别在0.6℃和0.45℃左右,中国东部地区气温异常型态是热带大西洋“三极型”海温异常和热带太平洋El Niño模共同强迫的结果。这两种海温异常型态使中高纬度地区西风加强,阻挡了来至高纬度地区的冷空气向南方输送,导致西南地区较常年偏暖,而东北偏冷。同时,西太平洋地区出现的海平面气压反气旋式环流异常可能削弱了东亚冬季风。