發(fā)布時間：2020-05-15 14:30

【摘要】：進行數(shù)值天氣預(yù)報不可缺少的條件是通過氣象資料來提供空間大氣的動力學(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、時空一致性等方面具有很大優(yōu)勢,因此,如何有效地結(jié)合衛(wèi)星觀測資料,提高數(shù)值預(yù)報的準(zhǔn)確性,是一個有意義的研究課題。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)計同化試驗,分析同化結(jié)果以及對預(yù)報效果的改進。本文的主要研究成果及結(jié)論：(1)使用美國NMC方法,模擬構(gòu)造的針對中國區(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的量,邊界層大氣(1-2km處)觀測對分析的影響主要集中在觀測位置周圍的局部格點。(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觀測算子；同時將構(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,直接進行14種氣溶膠變量三維質(zhì)量濃度場的最優(yōu)化分析。(3)完成了MODIS AOD和我國FY-3A/MERSI AOD資料同化試驗研究,結(jié)果表明：AOD衛(wèi)星觀測資料同化對背景場起到了較好的調(diào)整作用,經(jīng)過同化之后的分析場AOD分布與衛(wèi)星實際觀測更為接近,其中同化FY-3AAOD資料對背景場的調(diào)整作用優(yōu)于MODIS.同化分析對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)的觀測點的地理位置。(4)同化系統(tǒng)較好的將實際觀測信息調(diào)整到了模式的背景場之上,改善了模式的初始場,對數(shù)值預(yù)報產(chǎn)生了積極的效果。相比于控制試驗,同化之后AOD的預(yù)報場與衛(wèi)星實際觀測更接近；AOD 24小時預(yù)報時序更能體現(xiàn)AOD的變化趨勢,預(yù)報結(jié)果與AERONET觀測網(wǎng)的實測更加吻合。其中FY-3A資料的同化對模式AOD預(yù)報能力的改進在我國西部和北部站點上比同化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，因而無論是對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、韓國、曰本、中W臺灣等在內(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，，進行對紅外和微波福射率資料的直接同化。本論文中逡逑對氣溶膠ＡＯＤ蘭維變分同化所使用的觀測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)的算法來計算來自下墊面的福射發(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汁算云或氣溶膠粒子的光學(xué)特性；氣體吸收模塊用來計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程。逡逑其中，ＣＲＴＭ模式對于云、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，通過查找表來得到散射系數(shù)和相函數(shù)，而光學(xué)參數(shù)均通過米散射理論用分布函數(shù)計逡逑算，諸如消光系數(shù)、單散射率等參數(shù)事先計算做成查詢表，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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P412.27;P456.7

【共引文獻】

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8 王曉麗;風(fēng)云三號衛(wèi)星微波溫度資料偏差訂正及同化試驗研究[D];南京信息工程大學(xué);2013年

9 朱煜;MM5模式山西本地化研究[D];電子科技大學(xué);2012年

本文編號：2665183