Ensemble retrieval of atmospheric temperature profiles from AIRS

ABSTRACT Satellite-based observations provide great opportunities for improving weather forecasting. Physical retrieval of atmo spheric profiles from satellite observations is sensitive to the uncertainty of the first guess and other factors. In order to improve the accuracy of the physical retrieval, an ensemble methodology was developed with an emphasis on perturbing the first guess. In the methodology, a normal probability density function （PDF） is used to select the optimal profile from the ensemble retrievals. The ensemble retrieval algorithm contains four steps： （1） regression retrieval for original first guess; （2） perturbation of the original first guess to generate new first guesses （ensemble first guesses）; （3） using the ensemble first guesses and nonlinear iterative physical retrieval to generate ensemble physical results; and （4） the final optimal profile is selected from the ensemble physical results by using PDE Temperature eigenvectors （EVs） were used to generate the pertur- bation and generate the ensemble first guess. Compared with the regular temperature profile retrievals from the Atmospheric InfraRed Sounder （AIRS）, the ensemble retrievals RMSE of temperature profiles selected by the PDF was reduced between 150 and 320 hPa and below 400 hPa, with a maximum improvement of 0.3 K at 400 hPa. The bias was also reduced in many layers, with a maximum improvement of 0.69 K at 460 hPa. The combined optimal （CombOpt） profile and a mean optimal （MeanOpt） profile of all ensemble physical results were improved below 150 hPa. The MeanOpt profile was better than the CombOpt profile, and was regarded as the final optimal （FinOpt） profile. This study lays the foundation for improving temperature retrievals from hyper-spectral infrared radiance measurements.     

2013 年汛期ECMWF集合统计量产品的降水预报检验与分析

2013年汛期ECMWF集合预报在江南、四川盆地和华北地区强降水过程中的表现如下：对江南和四川盆地强降水,概率匹配、融合产品、最大值、75%和90%分位数在大雨和暴雨预报中较确定性预报有明显正技巧,融合产品和90%分位数的技巧评分最稳定;对华北地区强降水,仅90%分位数在大雨预报中有一致的正技巧;上述统计量产品的中期预报技巧评分总体要高于短期预报,对四川盆地（华北地区）暖区强降水预报技巧评分总体要高（低）于对该区域锋面强降水预报技巧评分。根据概率匹配和融合产品各自特点,综合二者原理,设计出概率匹配-融合和融合-概率匹配两种新方案。结果显示,在暴雨和大暴雨降水预报中,融合-概率匹配的评分较融合产品有一定提高。     

先锋孤立子生成的理论平均波阻(Ⅰ).理论

根据作者导得的AfKdV方程，理论上确定了先锋孤立子生成问题的理论平均波阻，能量劈分及能量劈分比。本文的能量劈分是确定先锋孤立子生成参数的理论基础。同时，本理论确定了现有理论中的自由未知参数问题，从而使先锋孤立子生成参数得到理论预报。     

Wind impact on pollutant transport in a shallow estuary

A three-dimensional numerical model, EFDC （ environmental fluid dynamics code） is applied to the Pamlico River Estuary （PRE） in eastern North Carolina of the United States to examine the wind impact on pollutant age distributions and residence time. A series of model experiments representing base case, remote-wind-induced water level set-up and local winds cases are conducted. Model results indicate that the pollutant mean age and the system residence time are functions of gravitational circulation in the PRE. The system responses to remote-wind-induced water level set-up are different in different portions of the PRE. Under such condition, dissolved substances in the upstream portion of the PRE have a younger age and shorter residence time （compared with the base case） , by contrast, they have a older age and longer residence time in the downstream portion of the PRE. Upriver and downriver local winds appear to have opposite impacts on pollutant age distributions. The substances are retained much longer within the PRE under upriver wind than those under downriver wind. The model results also suggest that across - river winds may lead to longer residence time through enhanced turbulence mixing, which slows down the gravitational circulation in the PRE.     

利用综合评分方法评估CMIP5模式对北极海冰的模拟能力

北极海冰冰盖自20世纪以来经历了前所未有的缩减,这使得北极海冰异常对大气环流的反馈作用日益显现。尽管目前的气候模式模拟北极海冰均为减少的趋势,但各模式间仍然存在较大的分散性。为了评估模式对于北极海冰变化及其气候效应的模拟能力,我们将海冰线性趋势和年际异常两者结合起来构造了一种合理的衡量指标。我们还强调巴伦支与卡拉海的重要性,因为前人研究证明此区域海冰异常是近年来影响大尺度大气环流变异的关键因子。根据我们设定的标准,CMIP5模式对海冰的模拟可被归为三种类型。这三组多模式集合平均之间存在巨大的差异,验证了这种分组方法的合理性。此外,我们还进一步探讨了造成模式海冰模拟能力差别的潜在物理因子。结果表明模式所采用的臭氧资料集对海冰模拟能力有显著的影响。     

CMIP5模式对南海SST的模拟和预估

分析了32个CMIP5模式对南海历史海表温度(SST)的模拟能力和不同排放情景下未来SST变化的预估。通过检验各气候模式对南海历史SST增温趋势和均方差的模拟,发现大部分模式都能较好地模拟出南海20世纪历史SST的基本特征和变化规律,但也有部分模式的模拟存在较大偏差。尽管这些模拟偏差较大的模式对SST多模式集合平均的影响不大,但会增加未来情景预估的不确定性。剔除15个模式后,分析了南海SST在RCP26、RCP45和RCP85三种排放情景下的变化趋势,发现在未来百年呈明显的增温趋势,多模式集合平均的增温趋势分别为0.42、1.50和3.30℃/(100a)。这些增温趋势在空间上变化不大,但随时间并不是均匀变化的。在前两种排放情景下,21世纪前期的增温趋势明显强于后期,而在RCP85情景下,21世纪后期的增温趋势强于前期。     

基于多卫星融合资料的南海浪高时空分布特征研究

为提高对南海波浪场的认识, 采用基于多卫星融合的2009年9月～2011年11月的AVISO(Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic data)有效浪高格点数据对南海浪高的月变化特征进行分析, 并结合南海的波浪特征和地形特点, 将南海划分为6个海区, 讨论南海浪高的空间分布规律。研究发现南海浪高具有以下2个特征: (1)南海浪高表现为由东向西、由北往南递减: 北部深水区>北部陆架区>南海中部≈北部湾>南部陆架区>泰国湾。(2)浪高的月变化与季风的变化密不可分: 10月～次年3月(冬季风影响期间)>4月和9月(季风转换期)>5月～8月(夏季风影响期间), 1月最大, 5月最小。该研究成果对开展南海海浪的中长期预报、保障南海资源开发和军事安全等有一定的借鉴意义和参考价值。     

有孔虫初房特征变化在珠江三角洲晚全新世东亚夏季风降雨研究中的应用

研究中国降雨格局变化对理解东亚夏季风演化意义重大。本文分析了珠江三角洲柱状样ZJK03-Z中浅水底栖有孔虫常见种Rotalidium annectens的平均初房大小、微球型/显球型比值和壳体δ18O值,以及底栖有孔虫组合中瓷质壳的百分含量,探讨它们对由夏季风降雨引起的河口水体盐度变化的响应,得到了珠江三角洲3114—1260a BP季风降雨的强度变化,识别出了这期间14次季风降雨减少的偏干期。与南美洲Cariaco海盆的钛含量记录对比,二者一致的结果表明,珠江三角洲晚全新世的东亚夏季风降雨与热带辐合带(ITCZ)的南北移动密切相关:夏季风降雨减少,对应于ITCZ纬度位置的南移。     

青岛近海大型水母漂移集合预测方法研究

考虑水母垂直运动等自主运动,基于集合预报和拉格朗日粒子追踪方法,建立青岛近海大型水母的集合漂移预测模型。并利用2012—2013年青岛近海水母实时监测数据和集合漂移预测模型,快速预测水母集合漂移轨迹、速度、趋势和可能影响范围等要素。通过分析水母监测数据和数值模拟结果,在水母如何自主运动及其机理尚不十分清楚的情况下,多轨迹漂移预测结果比单轨迹的更合理、科学、可信,能够传达更多的信息量,对水母灾害的应急处置更具有指导意义。     

利用Jason-1卫星确定全球平均海面高

介绍了卫星测高数据处理的基本方法,分析研究了卫星测高的主要误差,提出了Jason-1的数据编辑准则,并用其测高数据确定了全球平均海面高,与CLS01模型进行了比较分析.