【摘要】：大氣溫度廓線和濕度廓線是大氣的重要參數(shù),在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)及天氣預(yù)警中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。衛(wèi)星上搭載高光譜紅外傳感器具有覆蓋廣、連續(xù)觀測、時空分辨率高等優(yōu)點(diǎn),因此使用衛(wèi)星資料進(jìn)行大氣溫濕度廓線的反演研究對于促進(jìn)衛(wèi)星資料的處理和應(yīng)用具有一定意義。為獲得高精度的大氣溫度與水汽混合比廓線數(shù)據(jù),本文研究了基于Metop-A/IASI(Infrared Atmospheric Sounding Interferometer)紅外高光譜資料的大氣溫度與水汽混合比廓線變分反演方法。利用IASI高光譜紅外傳感器溫度和水汽探測通道資料,結(jié)合CRTM(Community Radiation Transfer Model)模式和 WRF(The Weather Research and Forecast)模式預(yù)報(bào)技術(shù),使用一維變分方法,研究了衛(wèi)星資料質(zhì)量控制、背景誤差協(xié)方差本地化、觀測誤差協(xié)方差計(jì)算等方法,構(gòu)建了大氣溫度及水汽混合比廓線變分反演系統(tǒng),并在北京、青島、沈陽三個地區(qū)開展了反演試驗(yàn)。本文主要研究成果及結(jié)論:(1)在觀測誤差協(xié)方差計(jì)算過程中,分別使用偏差訂正前和訂正后的衛(wèi)星觀測資料進(jìn)行溫度及水汽混合比反演的建模試驗(yàn)和檢驗(yàn)試驗(yàn),并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。以探空為標(biāo)準(zhǔn)的反演結(jié)果對比試驗(yàn)顯示,使用WRF模式預(yù)報(bào)值作為背景場,不論是建模試驗(yàn)還是檢驗(yàn)試驗(yàn),進(jìn)行偏差訂正后的溫度及水汽混合比廓線反演試驗(yàn)的誤差及均方根誤差(RMSE)都比訂正前的結(jié)果有所改進(jìn)。(2)對于衛(wèi)星儀器的通道選擇進(jìn)行了試驗(yàn)研究,以通道的雅克比為參考依據(jù),對第一部分中的溫度以及水汽混合比檢驗(yàn)試驗(yàn)通道進(jìn)行改進(jìn),反演得到的溫度和水汽混合比廓線的平均誤差及均方根誤差均有所減小。(3)使用目前業(yè)務(wù)上較為常用NMC方法,計(jì)算了背景誤差協(xié)方差,并與第一、第二部分試驗(yàn)所使用的基于統(tǒng)計(jì)方法的背景誤差協(xié)方差進(jìn)行檢驗(yàn)試驗(yàn)并進(jìn)行比較,結(jié)果顯示,使用本研究的統(tǒng)計(jì)方法,對于小尺度的溫度及水汽混合比反演試驗(yàn)來說,效果略優(yōu)于NMC方法。以上試驗(yàn)結(jié)果均表明:基于一維變分方法,可以利用Metop-A/IASI紅外高光譜資料進(jìn)行大氣溫度與水汽混合比廓線高精度探測。
【圖文】：

圖２－１衛(wèi)星在視場范圍內(nèi)接收到的輻射逡逑２．２＿２邋ＩＡＳＩ邋介紹逡逑２００６年１０月歐洲第一課極軌衛(wèi)星Ｍｅｔｏｐ－Ａ成功升空，使得歐洲有了自己的極軌氣逡逑象衛(wèi)星。ＩＡＳＩ是Ｍｅｔｏｐ－Ａ上的關(guān)鍵儀器之一，也是最先進(jìn)的儀器之一，它是繼２００２年逡逑美國ＮＡＳＡ／Ａｑｕａ衛(wèi)星裝載的高光譜儀器ＡＩＲＳ載軌運(yùn)行之后的一個超高光譜大氣探測逡逑儀器［３１Ｌ邋ＩＡＳＩ是一個基于邁克爾遜干涉儀且附有一個成像系統(tǒng)的傅里葉變換光譜儀，能逡逑在３．６２－１５．５—紅外光譜范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)觀測，以（ＵＳｃｎｒ１的光譜分辨率平均地劃每個通道，共分成８４６１個通道，輻射分辨率范圍為０．１邋—邋０．５邋Ｋ。ＩＡＳＩ儀器的光譜范圍逡逑包含了二氧化碳、水（氣體）、一氧化碳、甲烷、臭氧和一氧化二氮吸收帶。二氧化碳吸逡逑收帶主要用來對大氣溫度實(shí)行探測，水汽吸收帶用來探測大氣濕度和云的特性，如表２－逡逑１、２－２％所示。ＩＡＳＩ儀器對大氣溫度、濕度廓線以及其他氣體的探測能力強(qiáng)、分辨率高逡逑和探測精度可靠、性能好。由于ＩＡＳＩ采用的是先進(jìn)的干涉式分光技術(shù)，，相比于過去老逡逑

發(fā)射率和反射率；云和氣溶膠的吸收和散射模型主要用來計(jì)算云或氣溶膠粒子的光學(xué)特逡逑性；氣體吸收模塊用來計(jì)算大氣的吸收系數(shù)或大氣透射；輻射傳輸方程求解模塊主要用逡逑于求解輻射傳輸方程。圖２－２是ＣＲＴＭ模式主要組成結(jié)構(gòu)示意圖逡逑二二ｐ二－……：……－刁逡逑初始化邐前向模塊邐切線性模塊；伴隨模塊邐Ｋ矩陣模塊邐ＣＲＴＭ清空｜逡逑下墊面發(fā)射和邐氣溶膠吸收和邐ＺＴ吸收和散射邐氣體吸收模型逡逑反射模型邐｜散射模型邐｜邋模型邐Ｌ＿＿＿逡逑邐ｉ邐逡逑輻射傳輸方程求解模型邐＾邐？源函數(shù)逡逑圖２－２邋ＣＲＴＭ輻射傳輸模式主要組成結(jié)構(gòu)逡逑２．３．２邋ＷＲＦ邋模式逡逑中尺度預(yù)報(bào)模式ＷＲＦ邋（Ｔｈｅ邋Ｗｅａｔｈｅｒ邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ａｎｄ邋ｆｏｒｅｃａｓｔ）主要由國家大氣研究中逡逑心（ＮＣＡＲ）、美國環(huán)境預(yù)報(bào)中心（ＮＣＥＰ邋）、Ｏｋｌａｈｏｍａ大學(xué)的風(fēng)暴分析和預(yù)報(bào)中心（ＣＡＰＳ）逡逑等多家科研機(jī)構(gòu)共同開發(fā)和建立的。自從發(fā)布第一個版本以來，經(jīng)過多年的不斷更新和逡逑１５逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P407

【參考文獻(xiàn)】

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3 劉e

本文編號：2630464