基于EOS/MODIS的台风"浣熊"云顶相态分析

借鉴MODIS云检测算法的地表生态分型和可信度思想,结合可见光和红外两方面的检测项目,介绍了为云相态分析提供输入的晴空像元检测方法。给出了多光谱判识云相态的综合流程,反演出2002年6月台风“浣熊”的云顶粒子相态分布,并结合1.38卷云检测与MODIS通道1、4、6合成图进行了分析。     

卫星资料变分同化在一次中尺度强暴雨模拟中的应用

利用ATOVS资料和常规观测资料, 采用GRAPES 3D-Var同化系统和中尺度数值模式MM5设计了仅同化常规观测资料的NOATOVS试验和同化常规观测资料及ATOVS辐射率资料的ATOVS试验, 对2004年6月22—24日长江中下游和西南地区东部的特大暴雨进行了分析和模拟。结果表明:直接同化ATOVS辐射率资料获得的分析场可以有效改进对流层温、湿场分布, 对风场也有一定的影响。对比试验结果表明:ATOVS试验可以较好地模拟出暴雨天气形势、主要影响系统, 对降雨的落区、强度也有较好的反映, 模拟的局地暴雨强度与实际降雨量基本一致, 同化卫星资料的改善效果较为明显。即同化ATOVS资料对于改进中尺度局地暴雨过程模拟效果是可行的。     

我国东南海域云出现概率和海表温度的关系分析

海表温度(SST)和云是表征海洋和大气状况的主要物理量。为了掌握我国东南海域两者间的某些特征,综合使用CloudSat卫星观测和SODA3.3.1中的SST资料,分别就垂直方向上的云出现概率(FOC)和SST的变化关系进行了基本的统计分析。结果表明,尽管两海域FOC随高度分布均是SST相对低时,低层大高层小;随着SST增暖逐渐是高层大于低层的。但分布强度及其与SST的变化范围划分有所不同。相比而言,南海海域低层FOC高度相对低,变化幅度也相对大。特别是在SST＞30.5 ℃时,台湾以东海域FOC是减弱的,而南海的则是维持或增强。研究结果不仅有助于直观掌握两海域FOC和SST间的变化关系,而且定量化揭示局地海气相互作用中SST与云的对应关系。      

云雨条件下AMSR2微波成像资料同化试验及其在台风预报中的应用

采用WRF-ARW和WRFDA的3.8版本进行云雨条件下AMSR2(Advanced Microwave Scanning Radiometer 2)卫星微波成像资料的同化试验,并选择2014年7月第9号台风"威马逊"为研究对象,检验同化云雨条件下的AMSR2资料对台风预报结果的影响。结果表明:(1)云雨条件下的质量控制方案所保留的像元明显多于晴空条件下质量控制方案,且亮温模拟结果更加接近观测;(2)云雨影响的加入使得风场、高度场和海平面气压场的模拟结果好于晴空条件下模拟,且对台风中心有增温、增湿的作用。(3)云雨条件下模拟对台风的路径和强度预报均有改善。     

ATMS卫星资料的同化应用及与AMSUA/MHS的比较研究

针对数值预报中ATMS卫星资料的同化应用问题,在WRFDA框架下扩展了对ATMS卫星资料的同化功能,选择2012年7月第9号强台风“苏拉”开展初步研究,比较了NOAA18卫星上搭载微波传感器AMSUA/MHS的结果,分析卫星资料特征并试验资料同化应用对区域数值预报的影响。结果表明,ATMS探测质量优于或与AMSUA/MHS相当;同时由于ATMS具备的高空间覆盖率、增多的温度探测扫描点和湿度探测通道,可为资料同化系统提供更丰富的观测信息,有效改善数值预报效果。ATMS卫星资料的降噪处理是资料同化应用的一个初始环节,对于个例的研究结果表明,总体上可以降低噪声和提高资料的使用效果,但在湿度探测段低层通道存在经偏差订正后降噪处理结果误差有所增大的现象,说明针对处理方式还需要调整资料应用的多个环节。偏差订正前,卫星微波资料同化目前普遍使用的ATMS温度探测9通道和湿度探测22通道的卫星观测和模拟间存在较大偏差,是ATMS资料同化应用中需要注意的。此外,ATMS卫星探测与AMSUA/MHS探测通道设置较大的差别之一在于窗区通道,由此主要依据窗区通道探测的云检测方案在ATMS资料同化应用中需要加以调整和试验。      

基于混合集合同化方案的台风“海鸥”的数值模拟研究

混合变分/集合同化是基于变分+集合思路新兴发展起来的一种资料同化方法。利用WRF和WRFDA最新版本3.5构建混合集合同化的流程,通过单点试验直观体现出混合集合同化方案“流依赖”背景误差协方差的影响。对台风“海鸥”路径和强度的模拟和分析表明,混合集合同化方案在台风路径和强度的预报上要强于三维变分同化方案。对比两种方案同化后的分析场表明,混合集合同化方案分析出的台风中心强度优于三维变分同化方案分析结果,其原因一方面是混合集合同化方案初始场是采用集合平均的结果,另一方面是混合集合同化方案采用“流依赖”背景误差协方差的影响,这两个因素对台风的预报准确性有一定作用。      

基于SODA3资料的西北太平洋海气边界层主要特征及相关性分析

基于SODA3.3.1海洋数据集2011—2015年逐月和逐5 d平均资料,对西北太平洋海域表层和次表层海温、混合层深度、风应力及风应力旋度的分布特征进行了分析,使用相关系数和相关矩方法分析了海温与混合层深度、风应力旋度的相关关系及变化特征。结果表明:西北太平洋次表层海温在赤道附近存在冷中心;混合层深度呈北高南低分布,在黑潮延伸体以南有两个极大值中心;风应力秋冬季方向偏北且取值较大(冬季为全年最大),春季方向偏西,夏季方向偏南,两季风应力较小,西北太平洋表层海温与混合层深度在大部海域呈负相关,冬夏两季相关系数较高,在赤道附近相关系数下降,厄尔尼诺年下降趋势小,拉尼娜年下降趋势大,次表层海温与混合层深度大部呈正相关,黑潮流域呈负相关,相关区域主要位于15°N以北。表层海温与风应力旋度相关区域主要位于15°N以北,呈正相关,1—3月份和7—10月份相关性较高,次表层海温与风应力旋度相关区域分布零散无规律。     

一次锋面气旋云系中强对流云团的识别

利用NOAA-16/AMSU-B微波亮温资料和GOES-9光学遥感资料对2004年6月16日一次锋面气旋云系中的强对流云团进行识别, 尝试了NOAA-16/AM SU-B微波两窗区通道亮温、3个微波水汽通道间亮温差, GOES-9红外亮温阈值、水汽和红外通道亮温差、红外和水汽通道亮温多光谱逐个修改聚类等方法, 通过比较各种方法的识别结果, 分析各种识别技术的特点, 同时采用地面常规观测资料进行叠加, 对识别方法进行了验证。结果表明:微波对强对流云团均能较好识别, 但89 GHz通道亮温受地表影响较大, 不能很好剔除过冷水体, 150 GHz通道亮温与微波水汽通道间亮温差的识别结果较一致, 3个微波水汽通道间亮温差对阈值的依赖性相对较小; GOES-9红外亮温阈值因其随时空变化对识别结果会造成较大差别, 而水汽和红外通道亮温差对强对流云团能进行较好定位, 但识别范围较小, 多光谱逐个修改聚类方法对积雨云的识别效果较好, 且和NOAA-16/AMSU-B识别结果有较好的对应关系; 地面常规观测资料的叠加结果也说明, 多波段遥感资料对强对流云团的识别结果与当时的天气现象及积雨云状均有较好的对应关系。     

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。     

MECHANISM FOR THE SUSTAINING ATMOSPHERIC RESPONSE TO WARM WINTERTIME SEA SURFACE TEMPERATURE ANOMALY IN THE KUROSHIO EXTENSION

Sensitivity experiments with atmospheric general circulation model CAM3 have been performed to investigate the atmospheric response to warm wintertime sea surface temperature anomalies in the Kuroshio Extension (KE). Mechanism for the sustaining abnormal atmospheric response to sea surface temperature anomaly (SSTA) is revealed. It is found that the warm wintertime SSTA in KE leads to soil moisture changes across the Asia continent. The abnormal soil moisture may possibly be one of the reasons for the sustaining of abnormal atmospheric response intrigued by SSTA. Oscillations of perturbations intrigued by warm wintertime SSTA in KE, which have similar frequencies with that of intrinsic atmospheric oscillations, are superposed on the atmospheric oscillations and propagate with primary periodic oscillation of the atmosphere. These SSTA-intrigued oscillations are coupled with natural atmospheric oscillation and finally become parts of it. This is probably another reason for the sustaining of abnormal atmospheric response to SSTA in KE.