與觀測氣象、電離層和氣候的GPS衛(wèi)星計(jì)劃COSMIC-1相比,COSMIC-2有更大功率的GPS接收天線,高2倍的采樣率（100 Hz）,小3倍的軌道傾角（24°）。因此,COSMIC-2和未來小衛(wèi)星將為熱帶地區(qū)提供前所未有的大量無線電掩星觀測資料。因?yàn)闊釒α鲗拥蛯铀扛?折射率有局地大梯度,違背大氣球?qū)ΨQ性假定,造成影響多路徑現(xiàn)象,所以熱帶地區(qū)的掩星資料同化具有較大挑戰(zhàn)性。本文首先利用之前研究中提出的影響參數(shù)多路徑質(zhì)量控制方法,去除熱帶對流層低層彎角模擬中出現(xiàn)影響參數(shù)多路徑現(xiàn)象的資料,然后使用有限射線長度二維（2D）路徑追蹤觀測算子和一維（1D）Abel變換觀測算子,進(jìn)行GPS彎角資料同化。結(jié)果表明,如果射線路徑限制在離近地面點(diǎn)±300～400 km的水平距離以內(nèi),有限射線長度2D路徑追蹤觀測算子得到的彎角模擬與2D射線追蹤觀測算子得到的彎角廓線之差不僅無偏,而且其標(biāo)準(zhǔn)差遠(yuǎn)比1D Abel的彎角模擬精度高。此外,無論采用1D Abel變換還是有限射線長度2D路徑追蹤觀測算子來模擬彎角,影響參數(shù)多路徑質(zhì)量控制方案都能進(jìn)一步改進(jìn)GPS掩星彎角資料同化和預(yù)報(bào)精度。 

【文章來源】：大氣科學(xué)學(xué)報(bào). 2020,43(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

2012年4月16—30日同化區(qū)域內(nèi)COSMIC彎角觀測資料與6 h預(yù)報(bào)背景場模擬的彎角之間的相對彎角差((O-B)/O，實(shí)線)以及與同化分析場模擬的相對彎角差((O-A)/O，虛線)的標(biāo)準(zhǔn)差(a;單位:%)和偏差(b;單位:%)的垂直分布;參與同化的資料量(c;采用±400 km有限射線長度的2 D路徑追蹤觀測算子同化了經(jīng)過(黑色曲線)或未經(jīng)過(藍(lán)色曲線)影響參數(shù)多路徑質(zhì)量控制的COSMIC掩星資料，以及采用1D Abel觀測算子同化了經(jīng)過(綠色曲線)或未經(jīng)過(紅色曲線)影響參數(shù)多路徑質(zhì)量控制的COSMIC掩星資料)

本研究也將模式預(yù)報(bào)與美國國家環(huán)境預(yù)測中心(NCEP)業(yè)務(wù)使用的探空觀測資料進(jìn)行了比較。首先,將COSMIC掩星廓線與探空觀測資料進(jìn)行匹配,匹配的空間距離小于300 km,時(shí)間之差小于2 h。圖7d展示了探空資料站的空間位置。為了把這些匹配到的探空觀測資料作為驗(yàn)證資料,這些探空資料沒有被同化到本文提到的4個(gè)同化試驗(yàn)中。圖8展示了2012年4月17—30日在0000 UTC和1200 UTC起報(bào)的24 h和48 h比濕預(yù)報(bào)與探空比濕觀測資料之間的偏差和標(biāo)準(zhǔn)差垂直分布。無論采用有限射線2D路徑追蹤觀測算子還是1D Abel變換觀測算子,影響參數(shù)多路徑質(zhì)量控制后再進(jìn)行GPS掩星資料同化對24 h和48 h比濕預(yù)報(bào)都有正貢獻(xiàn)。經(jīng)過影響參數(shù)多路徑質(zhì)量控制并采用有限射線長度2D路徑追蹤觀測算子的GPS掩星彎角資料同化實(shí)驗(yàn)得到的比濕場預(yù)報(bào)相比于探空觀測資料的偏差最小,預(yù)報(bào)精度最高。圖7 GPS掩星彎角資料同化中采用1D Abel變換觀測算子(a,b)和±400 km有限射線長度2D路徑追蹤觀測算子(c,d)得到的4 8 h總可降水量預(yù)報(bào)(單位:mm)與ECMWF分析場之間的標(biāo)準(zhǔn)差的水平分布:(a),(c)未加入影響參數(shù)多路徑質(zhì)量控制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果;(b),(d)加入影響參數(shù)多路徑質(zhì)量控制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(用于驗(yàn)證預(yù)報(bào)結(jié)果的探空站位置分別在圖d中用“x”符號標(biāo)出)

基于圖2—5的結(jié)果可以得出如下結(jié)論:射線積分范圍限制在離射線近地面點(diǎn)水平距離小于200～400 km(15 km影響高度小于200 km,2 km影響高度小于200 km)的2D有限射線長度2D路徑追蹤觀測算子法可應(yīng)用于影響參數(shù)多路徑質(zhì)量控制和GPS掩星資料同化中。4 RO掩星資料同化結(jié)果


本文編號：3544198