Outlier detection algorithms and their performance in GOCE gravity field processing

The satellite missions CHAMP, GRACE, and GOCE mark the beginning of a new era in gravity field determination and modeling. They provide unique models of the global stationary gravity field and its variation in time. Due to inevitable measurement errors, sophisticated pre-processing steps have to be applied before further use of the satellite measurements. In the framework of the GOCE mission, this includes outlier detection, absolute calibration and validation of the SGG (satellite gravity gradiometry) measurements, and removal of temporal effects. In general, outliers are defined as observations that appear to be inconsistent with the remainder of the data set. One goal is to evaluate the effect of additive, innovative and bulk outliers on the estimates of the spherical harmonic coefficients. It can be shown that even a small number of undetected outliers (<0.2 of all data points) can have an adverse effect on the coefficient estimates. Consequently, concepts for the identification and removal of outliers have to be developed. Novel outlier detection algorithms are derived and statistical methods are presented that may be used for this purpose. The methods aim at high outlier identification rates as well as small failure rates. A combined algorithm, based on wavelets and a statistical method, shows best performance with an identification rate of about 99%. To further reduce the influence of undetected outliers, an outlier detection algorithm is implemented inside the gravity field solver (the Quick-Look Gravity Field Analysis tool was used). This results in spherical harmonic coefficient estimates that are of similar quality to those obtained without outliers in the input data.     

福建省干旱概况及夏旱期间人工增雨条件分析

对福建省干旱的成因和干旱的环流形势进行了探讨,着重分析了夏旱期间人工增雨作业的天气形势、云状、回波特征及云顶温度等条件,结果表明福建省干旱的形成与大型环流形势、地形、地貌及土壤植被条件有关;平均而言,闽东南沿海干旱多于内陆地区;西太平洋副热带高压是夏季致旱的主要天气系统;夏季,西风槽前型、台风外围影响型、副热带辐合带型是进行人工增雨作业的有利天气形势,Sc、Cb、Cu云都有一定的人工增雨作业条件,其中降水时长1～5 h,过程雨量1.0～5.0 mm的云是旱季作业比较适合的作业云.这些结果为开展人工增雨作业提供理论依据,达到解除或缓解干旱的目的.     

Main features of regional circulation variation during onset of the south china sea monsoon in 1998

1.IntroductionTheAsiansummermonsoonconsistsoftwosystems,i.e.,theSouthAsianmonsoonandtheEastAsianmonsoon.TheSouthChinaSea(SCS)monsoonisoneoftheimportantsubsystemsoftheEastAsianmonsoon.IthaslongbeenconcernedabouttherelationshipoftheSCSmonsoonwithchangesofthegeneralcirculationandweatherpatternsinadjacentregions.TaoandChen(1987)suggestedthattheonsetoftheAsiansummermonsoonstartsfirstinthenorthernSCSusuallyinmid--May,thenpropagatesnorthwardtothemainlandofChinaandthewesternPacificsouthofJap…     

登陆台风降水的大尺度环流诊断分析

强度相似的登陆台风造成的强降水可能差异很大.为研究大尺度环流对登陆台风降水的影响,利用热带气旋年鉴和NCEP/NCAR再分析资料,运用动态合成分析方法,对比分析了登陆后48小时内降水特征迥异而强度、路径相似的两组登陆台风的大尺度环流特征.合成分析结果表明,西南气流的水汽输送对台风降水至关重要,造成大范围强降水的台风往往在登陆后仍与深厚西南急流相连并持续很长时间.高空强辐散场是登陆台风造成大范围强降水的一个基本动力特征.造成强降水的登陆台风其环境场的上升气流不仅强,其气旋性环流的伸展高度高且能长时间维持.登陆台风造成降水的范围和强度与登陆前台风下游大陆环境大气的稳定度有关.下游高温高湿的大气有利于能量尤其是潜热能的大量补充,对强降水增强和维持都十分有利.因此,大尺度环流对登陆台风降水有明显影响.其中,与台风相连的西南急流强度和深厚程度是最重要的因子,高低空辐散辐合强度、台风及环境风场结构以及台风下游大陆上空大气湿热状态等都是需要加以考虑的.     

2009年冬季至2010年春季黑龙江省气温持续偏低成因

利用常规观测的温度资料和中国国家气候中心提供的环流特征量、NCEP/NCAR再分析资料及美国气候预测中心（CPC）提供的AO指数等,分析了2009年11月至2010年4月中高纬大气环流异常特征,探讨了AO与同期气温的关系。分析表明：黑龙江省冬春气候异常与500 hPa大尺度环流背景有关。冬春持续偏冷,对应北半球欧亚中高纬地区呈“-+-”的波列分布,90°-180°E呈现出“北正南负”的环流形势;北半球极涡面积偏大,冬季东亚大槽位置偏西,春季东亚大槽强度偏强,冬春AO指数持续异常偏强,显著负位相。     

MM5模式对2008年1月25—30日我国南方强冰雪过程的数值模拟

利用NECP 1°×1°6 h再分析资料,分析2008年1月25-30日我国南方一次强降雪天气的大尺度环流形势.结果表明,高空环流波动为此次强降雪提供了有利的高空环流形势,中低层阻塞高压及其南部低涡的长期维持是导致低层锋区形成和强降雪发生的关键;由于部分地区大气垂直结构呈上下冷、中间暖的状态,致使冻雨形成.同时,利用中尺度模式MM5对此次过程进行72 h数值模拟,并以模拟结果对湖南湘潭的冰冻成因进行再分析,进一步证实了低层低温、逆温层的存在及充足的水汽是冰冻形成的主要原因.     

2007/2008年湖北省冬季异常低温雨雪过程成因分析

通过对2007/2008年秋冬季海洋及大气的异常特征的分析表明：秋冬季的拉尼娜现象是2007/2008年冬季持续低温雨雪过程的基础,但它并不是决定性的因素,在拉尼娜现象发生的气候背景之下,西太平洋副高的持续偏强对这次异常低温雨雪过程起着非常重要的作用,因而,加强对大气候背景之下的环流异常的研究是一项极为重要的科研任务,对今后的短期气候预测有重要的意义。     

太湖北岸太阳辐射的影响因子研究

利用2007—2021年上海莘庄太阳能辐射仪（型号：EKO-MS6020）接收到的逐月最大太阳辐射（MSR）资料,以水平0°角辐射仪观测值为参考,分析了0°—25°不同仰角观测的MSR差异,评估了台站观测、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）大气再分析（ERA5）资料与太阳能辐射仪观测辐射的差别。在此基础上,讨论了MSR与天气要素的关系及发生的环流背景和天气尺度演变特征。结果显示,上海莘庄的MSR季节波动范围为800—1300 W/m²,峰值和谷值分别出现在5月和12月。观测的最大MSR值接近太阳常数,年际变化幅度约200 W/m²。相对于0°角观测,当太阳能板倾角为5°—20°时,平均每个月MSR可多获得50—250 W/m²辐射,最佳倾角为20°。ERA5相对于观测MSR存在明显低估,年平均低估约200 W/m²。虽然两者的季节变化相关系数高达0.88,但是在空间和时间上存在显著差异,年际变化相关并不显著。针对与MSR时间相差小于3 d的大气环流背景合成,春、夏、秋、冬四季的环流结构存在差异,但总体来看,偏北风加强、云量偏少、温度偏高的天气过程有利于MSR出现。

     

梅雨与北极涛动及平流层环流异常的关联

平流层过程如何影响气候变化是一个大家关注的科学问题,在WCRP中专门设置了一个研究子计划SPARC.本文的分析研究表明,中国的梅雨异常可能受到平流层大气环流异常的影响,而这种影响是通过北极涛动（AO）的变化来实现的.从分析和计算结果可以看到,二月份北半球30 hPa位势高度的EOF第一主分量对应着副热带和高纬度地区的显著下传异常波作用量,其第三主分量对应着极地地区的显著下传异常波作用量,这些下传的异常波作用量都对三月份AO形势的形成有明显的贡献.三月份的AO则会通过影响东亚地区夏季对流层大气的冷暖状况和环流,在长江中下游地区导致异常垂直运动和辐散辐合形势,从而影响夏季的梅雨降水.     

冬季东中国海环流中的中尺度涡旋数值模拟

采用高精度的POM模式 ,考虑了海底地形、外来流、长江径流、海面风应力、海面热通量等多方面因素的影响 ,模拟了冬季东中国海环流结构。模拟结果显示 :在黄海东部很可能存在两个涡 ,中心分别在124°37′E ,37°N ,124°E ,35°30′N ;东海北部存在一个大型的气旋式涡旋 ,其中心位置在125.1°E ,30.5°N附近 ,该涡旋是由东北向的台湾暖流、西北向的黄海暖流及南下的沿岸流组成的封闭结构 ;日本九州以西黑潮入侵分支形成一涡旋 ,黑潮分支是形成此涡旋的直接动力因素 ,另外地形和冬季盛行的偏北风也对该涡旋的形成有一定正面影响。