变分方法反演双多普勒雷达低层二维风场

提出用变分方法和正则化方法相结合反演双多普勒雷达资料的低层二维风场的方法,即在目标泛函中加入正则化项（先验信息项）且合理选择正则化参数。数值试验结果表明：正则化项的引入能有效滤除反演风场中因奇点和观测资料引起的误差,提高反演精度,得到最优的全局反演风场。     

Retrieval of atmospheric and oceanic parameters and the relevant numerical calculation

It is well known that retrieval of parameters is usually ill-posed and highly nonlinear, so parameter retrieval problems are very difficult. There are still many important theoretical issues under research, although great success has been achieved in data assimilation in meteorology and oceanography. This paper reviews the recent research on parameter retrieval, especially that of the authors. First, some concepts and issues of parameter retrieval are introduced and the state-of-the-art parameter retrieval technology in meteorology and oceanography is reviewed briefly, and then atmospheric and oceanic parameters are retrieved using the variational data assimilation method combined with the regularization techniques in four examples： retrieval of the vertical eddy diffusion coefficient; of the turbulivity of the atmospheric boundary layer; of wind from Doppler radar data, and of the physical process parameters. Model parameter retrieval with global and local observations is also introduced.     

集合变分法在大气边界层湍流粘性系数反演中的应用

利用集合变分法研究了大气边界层EK模式(考虑了水平气压梯度力、科氏力和湍流粘性力3力平衡的大气边界层模式)中湍流粘性系数的反演问题.首先利用集合变分法推导了目标函数关于反演参数的梯度表达式,然后给出了反演计算方案,最后再就反演湍流粘性系数k进行了一系列理想数值试验.数值试验结果表明:利用集合变分法对EK模式中的湍流粘性系数的反演比较成功.通过适当调整集合数,初始扰动均方差及初始值的大小,可以进一步提高集合变分法对湍流粘性系数k的反演精度.将集合变分法应用于大气边界层参数的反演是一种值得研究的计算方案.     

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。     

利用伴随法反演风应力系数

基于无结构网格有限体积法的正模型和伴随数据同化模型,建立了风应力系数反演表达式,将风应力系数的确定变成依赖于区域内观测值的数值迭代过程,实现了风应力系数确定的自动化,并成功进行了概化河口一系列风应力系数反演的伴随同化实验,反演得到的结果精度较高,实验结果表明：1）伴随法反演风应力系数是合理可行的;2）充分的观测数据能够提高反演的精度;3）风速在10 m/s或15 m/s的情况下,对于风应力系数反演的结果影响不大。     

利用两步变分法反演一次暴雨衰减过程的风场结构特征

利用武汉、驻马店、合肥、阜阳4部多普勒天气雷达资料,采用两步变分方法对2008年6月8日08时至9日08时发生在湖北省的一次暴雨过程中00:30~06:30时段内的风场结构进行了反演分析,并与同时段的NCEP再分析资料进行对比。结果表明,两步变分法反演的风场结构与NCEP再分析资料的风场结构基本吻合,证明了该方法的风场反演能力。对反演的风场结构的演变分析可知,此次降水过程减弱的主要原因是:对流层中低层风场辐散的出现及辐散强度和范围的扩大,使得输送水汽的偏南气流和上升运动减弱,对流云系降水的基本条件受到破坏。     

地基傅立叶红外高光谱遥感观测大气成分平台建设及其反演技术研究

利用国际大气成分地基观测网络(NDACC)通用的德国BRUKER公司生产的傅立叶红外(FTIR)高分辨率地基光谱仪器IFS 120M,在国家卫星中心建立了地基高光谱观测平台,进行高光谱数据获取及其反演技术初步研究.阐述了地基高光谱观测平台的建设,高光谱仪器的调试和观测参数化研究结果,并且阐述了光谱的预处理和定标研究,利用地基高光谱在可见光波段的观测结果,进行了气溶胶光学厚度反演技术的初步研究.     

多普勒雷达风廓线的反演及变分同化试验

为了将雷达风场资料更好地应用到数值预报模式中, 使用VAD方法反演多普勒雷达风廓线并处理成标准的探空资料进行变分同化试验。结果表明: VAD方法反演的风廓线与探空实况对应较好, 验证了用VAD技术反演风廓线的可行性。用GRAPES-Meso模式的三维变分同化系统对雷达风廓线资料进行同化后, 风场的初始场明显改善, 降水强度和落区预报也有不同程度的改善。其中, 对6 h降水预报的改善明显优于对24 h的预报改善。另外, 在短时强降水预报中, 雷达风场资料的同化频率和同化窗口的不同, 对降水预报的改善情况也有所差异。在个例研究中, 同化间隔为1 h的方案6 h降水预报要优于同化间隔为3 h和6 h的方案, 同化窗口为3 h的试验方案6 h降水预报要好于同化窗口为6 h的试验方案。     

大气扩散参数估算方法的适用性研究

本文对Pasquill估算大气扩散参数的方法在城郊复杂地形条件下的适用性进行了研究.采用近几年来,大气边界层理论和观测研究的结果,以Pasquill估算扩散参数方法对上海宝钢地区的大气扩散参数进行了计算,并与1984年上海宝钢地区SF_6示踪大气扩散实验的结果及平衡球实验结果进行了比较,具有较好的一致性.     

Inversion and III-Posed Problem Solutions in Atmospheric Remote Sensing

With the swift advances in earth observation, satellite remote sensing and application of atmospheric radiation theory have been developed in the past decades, atmospheric sensing inversion with its algorithms is getting more and more importance. It is known that since a remote sensing equation falls into an integral equation of the first kind, thus leading to the fact that it is ill-posed and particularly the solution is unsteady, tremendous difficulties arise from the retrieval. This paper will present a simple review on the inversion techniques with some necessary remarks, before in-troducing the successful efforts with respect to such equations and the encouraging solutions achieved in recent dec-ades by researchers of the world.