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.     

内蒙古东部春季三类沙尘天气气溶胶散射系数及其与PM10、能见度相关性分析

利用内蒙古东胜、锡林浩特两站2004~2006年春季（3~5月）积分浊度计的观测资料,结合同期PM10质量浓度、大气能见度等资料,分析了背景、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴等不同强度沙尘天气气溶胶散射系数的分布特征,讨论了不同强度沙尘天气过程中散射系数、PM10、能见度的日变化规律,以及不同强度沙尘天气过程中散射系数与PM10质量浓度、散射系数与能见度的相关关系。结果表明:散射系数能够很好地反映沙尘天气强度;随沙尘天气强度增强,散射系数日变化从双峰型向单峰型转变;沙尘天气强度较弱时,PM10与散射系数的日变化不相似,强沙尘暴过程中PM10与散射系数的日变化有一定的相似性;能见度与散射系数日变化趋势相反;散射系数与PM10质量浓度呈正相关性,沙尘天气越强,相关性越好,背景、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴相关系数分别为0.201、0.809、0.898和0.953;散射系数与能见度有指数相关关系,随沙尘天气强度增强二者相关性逐渐增强,背景、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴相关系数分别为-0.773、-0.870、-0.918和-0.940。     

桂林城区大气能见度与颗粒物浓度和气象因子关系研究

利用2015年1月至2017年6月桂林国家基本气象站能见度、相对湿度、气温、气压、降水等气象要素和PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0颗粒物质量浓度资料,分析桂林城区大气能见度与颗粒物浓度和气象因子之间关系。结果表明：桂林城区大气能见度和PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0呈对数关系,相关系数分别为-0.341、-0.461、-0.509,颗粒物对大气能见度影响在相对湿度为60%—70%时最为显著。在各气象因子中,大气能见度与风速的相关性最好,其次为相对湿度,与风速呈二次函数关系,与相对湿度呈幂指数关系,与温度相关性较小,与气压在秋冬季节呈正相关,相关系数冬季可达0.301,但在春、夏季节相关性不显著;利用颗粒物浓度和气象要素建立8种大气能见度非线性统计回归模型,比较后发现利用PM_1.0、风速、相对湿度、气温等因子建立的不同季节大气能见度拟合公式在实际检验中效果最优,能较好地模拟桂林地区大气能见度的变化。     

中温UBF与UASB两相厌氧系统处理垃圾渗滤液的实验研究

针对石碑岭垃圾场渗滤液水质特性,采用以高效生物陶粒为填料的UBF反应器作酸化相,以UASB反应器作甲烷相的两相厌氧系统进行了处理垃圾渗滤液的实验研究.实验结果表明:在系统进水CODCr和BOD5质量浓度分别为3 887 mg/L和819 mg/L,UBF与UASB的HRT分别控制在10.3 h和61.7 h时,CODCr和BOD5总去除率分别为85.4%和90.1%,UBF酸化率达42.9%,BOD5/CODCr比值由0.21提高到0.39.     

2019年12月26日湖北应城M4.9地震震源参数及余震活动性研究

2019年12月26日湖北应城发生M4.9有感地震,其震感波及武汉大部分地区。为了分析该地震的发震构造及余震活动性,本文利用波形拟合方法测定了不同速度模型下该地震的震源机制解和矩心深度,并用Bootstrapping抽样反演技术评价反演结果;此外,利用模板匹配技术匹配主震和目录余震波形,获取了更为完整的余震目录。结果显示,应城地震以走滑为主,矩心深度7.5km左右,矩震级M_W4.67;应城地震有1个前震和17个余震,余震序列缺少M2~4事件,表明应城地震为孤立型地震,M2以下地震的b值为0.8。     

强热带风暴“风神”(0806)螺旋雨带中尺度结构双多普勒雷达的研究

利用广州和深圳新一代多普勒天气雷达时间同步探测资料进行双多普勒雷达风场反演,分析了强热带风暴"风神"(0806)螺旋雨带的三维动力结构。螺旋雨带内部强回波区的低层有强辐合区,最大辐合超过-15×10-4 s-1;雨带的高层以辐散气流为主。雨带内部上升和下沉气流共存,最大上升气流为4 m/s,最大下沉气流超过-1 m/s。在沿着风暴中心的垂直剖面内,螺旋雨带外侧低层有较强的内流,气流从雨带外侧低层进入,最强内流位于1 km高度以下;雨带内侧有明显的外流。两支气流在雨带强回波区辐合,水汽在此处辐合抬升;这种动力结构对于强降水的维持具有重要作用。切向速度呈逆时针旋转,最大速度在3 km高度层,速度值随高度的增加逐渐减小。     

运动的随时间而变的电离层所引起的多普勒频移

本文分析了电离层的变化和运动引起多普勒频移的物理机制,假定了一个包含多种因素的电离层模型。在此基础上得到电离层反射信号的多普勒频移公式以及穿过电离层的信号的多普勒频移公式。这些公式把多普勒频移与电离层及不均匀团块的电子密度变化、层和团块的运动速度以及地球磁场强度变化等参数直接联系起来。     

基于宽范围岩石物性约束的大地电磁和地震联合反演

岩石物性约束是地球物理联合反演重要的实现方式.在以往联合反演研究中,这种约束通常以点对点的映射方式出现,要求经验性的岩石物性关联是相对精确的,无形中提高了岩石物性约束应用于联合反演的条件.基于此,本文结合全局寻优的模拟退火算法,提出了宽范围岩石物性约束技术.该技术将岩石物性约束与模拟退火模型扰动、模型接受准则相结合,实现了空间对空间的映射,将电阻率和速度耦合在一起.文章以MT和地震正则化同步联合反演为例,检验了不同的先验信息条件下的宽范围岩石物性约束技术的适用性.模型试验表明:新技术容易实现,容错性高,可降低"不精确"岩石物性关联信息引入带来的风险,提高岩石物性约束应用的灵活性.     

哈密黄山铜镍矿蚀变矿物近红外光谱特征分析

在哈密黄山铜镍矿区,采用PIMA(便携式短波红外矿物分析仪)进行野外光谱测试,用新引进的TSG(光谱地质专家)软件进行了矿物种类及相对含量识别、光谱处理分析,为蚀变矿物光谱分析起到了示范作用。详细论述了几类典型蚀变矿物的光谱特征;对绿泥石特征光谱吸收强度D(Fe-OH)、D(Mg-OH)与矿物成分的关系进行了探讨。结果表明,绿泥石Fe-OH和Mg-OH吸收强度比值可以大体上代替Fe2+/Mg2+比值,D[Mg-OH)/(Fe-OH)+(Mg-OH)]值绝大部分在0.4~0.8之间。用HyMap数据做地质信息半定量反演,准确反映了各岩相主要金属元素含量的变化。研究结果对高光谱技术识别矿物种类、反演岩矿成分具有重要意义。     

地质-地球物理精细建模技术在庐枞下含山铁矿深部结构探测中的应用

为查明深部闪长岩及膏盐层与庐枞盆地内玢岩型铁矿的关系,指导盆地南西缘许家咀下含山地区的找矿工作,该文利用最新测量的重力、磁测数据,结合地表地质和钻探等先验信息,采用2.5D重磁联合反演方法建立地质-地球物理精细模型,发现二长闪长岩侵入深度为-1 200 m,岩体与中三叠统月山组接触部位发育带状膏盐层和磁铁矿化互层,类似于龙桥式矿化,表明庐枞盆地内铁矿化与闪长岩、膏盐层密切相关。该文圈定了许家咀地区下含山隆起部位两处有利找矿靶区,为下一步找矿工作指明了方向,证明了地质-地球物理综合建模方法是指导找矿的有效方法。