【摘要】：進(jìn)行數(shù)值天氣預(yù)報(bào)不可缺少的條件是通過(guò)氣象資料來(lái)提供空間大氣的動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)。與常規(guī)資料相比,衛(wèi)星資料在空間范圍、分辨率、時(shí)空一致性等方面具有很大優(yōu)勢(shì),因此,如何有效地結(jié)合衛(wèi)星觀測(cè)資料,提高數(shù)值預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性,是一個(gè)有意義的研究課題。大氣氣溶膠是產(chǎn)生大氣污染問題以及影響氣候變化的重要因素,為了推動(dòng)氣溶膠衛(wèi)星產(chǎn)品在大氣化學(xué)成分模擬及大氣環(huán)境預(yù)報(bào)方面的應(yīng)用,本文采用三維變分同化方法,結(jié)合WRF-Chem大氣化學(xué)模式,建立AOD觀測(cè)算子,構(gòu)建氣溶膠光學(xué)厚度(AOD)資料直接同化系統(tǒng)。并設(shè)計(jì)同化試驗(yàn),分析同化結(jié)果以及對(duì)預(yù)報(bào)效果的改進(jìn)。本文的主要研究成果及結(jié)論：(1)使用美國(guó)NMC方法,模擬構(gòu)造的針對(duì)中國(guó)區(qū)域的各氣溶膠變量的背景誤差協(xié)方差矩陣,較好反映了各個(gè)氣溶膠變量背景誤差的垂直特征：誤差標(biāo)準(zhǔn)差與氣溶膠粒子種類以及高度密切相關(guān)；各變量在邊界層是局地性非常強(qiáng)的量,邊界層大氣(1-2km處)觀測(cè)對(duì)分析的影響主要集中在觀測(cè)位置周圍的局部格點(diǎn)。(2)構(gòu)建了AOD資料三維變分同化系統(tǒng)：結(jié)合CRTM輻射傳輸模式,建立AOD觀測(cè)算子；同時(shí)將構(gòu)造的氣溶膠背景誤差協(xié)方差矩陣應(yīng)用到該同化系統(tǒng)中,使用氣溶膠模式變量作為分析和控制變量,直接進(jìn)行14種氣溶膠變量三維質(zhì)量濃度場(chǎng)的最優(yōu)化分析。(3)完成了MODIS AOD和我國(guó)FY-3A/MERSI AOD資料同化試驗(yàn)研究,結(jié)果表明：AOD衛(wèi)星觀測(cè)資料同化對(duì)背景場(chǎng)起到了較好的調(diào)整作用,經(jīng)過(guò)同化之后的分析場(chǎng)AOD分布與衛(wèi)星實(shí)際觀測(cè)更為接近,其中同化FY-3AAOD資料對(duì)背景場(chǎng)的調(diào)整作用優(yōu)于MODIS.同化分析對(duì)500hpa以下的消光系數(shù)改善較明顯,其中在750hpa (2km)高度以下的調(diào)整作用最大,改善效果很大程度上取決于同化產(chǎn)生正效應(yīng)的觀測(cè)點(diǎn)的地理位置。(4)同化系統(tǒng)較好的將實(shí)際觀測(cè)信息調(diào)整到了模式的背景場(chǎng)之上,改善了模式的初始場(chǎng),對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)生了積極的效果。相比于控制試驗(yàn),同化之后AOD的預(yù)報(bào)場(chǎng)與衛(wèi)星實(shí)際觀測(cè)更接近；AOD 24小時(shí)預(yù)報(bào)時(shí)序更能體現(xiàn)AOD的變化趨勢(shì),預(yù)報(bào)結(jié)果與AERONET觀測(cè)網(wǎng)的實(shí)測(cè)更加吻合。其中FY-3A資料的同化對(duì)模式AOD預(yù)報(bào)能力的改進(jìn)在我國(guó)西部和北部站點(diǎn)上比同化MODIS資料效果更好。
【圖文】：

東化地區(qū)是全球氣解膠NB值區(qū)么一，由于擁巧全球里要的沙塵氣解膠源地Ｗ及密集類活動(dòng)，因而無(wú)論是對(duì)自然源還是人為源氣溶胺的研究都具々？重要意義［５１］。本文選擇中國(guó)、韓國(guó)、曰本、中W臺(tái)灣等在內(nèi)的東業(yè)地區(qū)作為研究區(qū)，巧經(jīng)紳度范兩為７０°邋Ｅ￣１５（Ｔ逡逑，０。Ｎ￣６０。Ｎ。如圖邋３．１邋所示。逡逑

ＮＣＥＰ開發(fā)建立的ＧＳＩ同化系統(tǒng)中，，進(jìn)行對(duì)紅外和微波福射率資料的直接同化。本論文中逡逑對(duì)氣溶膠ＡＯＤ蘭維變分同化所使用的觀測(cè)算子即在該模式基礎(chǔ)上建立。逡逑圖３．５描述的是ＣＲＴＭ模式主要組成結(jié)構(gòu)口６］，其主要由前向模塊、切線性模塊、伴隨逡逑模塊及Ｋ矩陣模塊組成。其中主要功能模塊包括：下墊面發(fā)射和反射模型（Ｓｕｒｆａｃｅ逡逑Ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ／Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ邋Ｍｏｄｅｌ邋）、氣煉膠吸收和散射模型（Ａｅｒｏｓｏｌ邋Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ／Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ逡逑Ｍｏｄｅｌ）、云吸收和散射模型（Ｃｌｏｕｄ邋Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ／Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ邋Ｍｏｄｅｌ）、分子散射模型（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ逡逑Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ邋Ｍｏｄｅｌ）和氣體吸收模型（Ｇａｓｅｏｕｓ邋Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ邋Ｍｏｄｅｌ似及福射傳輸方程求解模型逡逑（ＲＴ邋Ｓｏｌｕｔｉｏｎ邋Ｍｏｄｅｌ）。下墊面發(fā)射和反射模塊針對(duì)海洋、海冰、雪、植被（裸±）、沙漠等逡逑不同的下墊面類型有相應(yīng)的算法來(lái)計(jì)算來(lái)自下墊面的福射發(fā)射率和反射率；云和氣溶膠的逡逑吸收散射模型主要用來(lái)汁算云或氣溶膠粒子的光學(xué)特性；氣體吸收模塊用來(lái)計(jì)算大氣的吸逡逑收系數(shù)或大氣透射率、福射傳輸方程求解模塊主要用于[射傳輸方程的求解過(guò)程。逡逑其中，ＣＲＴＭ模式對(duì)于云、氣溶膠粒子ｙｉ？及分子散射效應(yīng)的考慮均基于米（Ｍｉｅ）散射逡逑埋論，通過(guò)查找表來(lái)得到散射系數(shù)和相函數(shù)，而光學(xué)參數(shù)均通過(guò)米散射理論用分布函數(shù)計(jì)逡逑算，諸如消光系數(shù)、單散射率等參數(shù)事先計(jì)算做成查詢表，依據(jù)粒子的平均大小和含水量
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P412.27;P456.7

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2665183