【摘要】：大氣溫濕度廓線信息是數(shù)值天氣預報和氣候變化評估等科學研究必不可少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),利用高光譜衛(wèi)星數(shù)據(jù)準確定量地反演高精度的大氣溫濕度廓線,對提高天氣預報和氣候預測能力具有重要意義。本文以中國華東地區(qū)為研究區(qū),基于D-R(Dual-Regression)雙回歸反演算法對搭載在Suomi-NPP(National Polar-orbiting Partnership)衛(wèi)星上的新一代跨軌紅外探測器CrIS(Cross-track Infrared Sounder)的高光譜紅外輻射資料進行了大氣溫濕度廓線的反演研究。主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)針對大氣溫濕度統(tǒng)計回歸反演方法中常常存在匹配樣本的資料不足和代表性有限的問題,本文使用歐洲中期天氣預報中心ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)大氣溫濕度廓線再分析資料,選取更多數(shù)量且具有代表性的樣本作為反演背景場,顯著地提高大氣溫濕度的反演精度。(2)利用上述方法,以2012年-2013年的6月-9月華東地區(qū)的ECMWF的溫濕度廓線數(shù)據(jù)為背景場,計算了回歸系數(shù),對中國華東地區(qū)的寶山、杭州、南京、青島四個氣象站點2014-2016年6-9月的溫濕度廓線進行了反演和精度驗證分析,結(jié)果表明:溫度廓線在800hPa以上高度層時均方根誤差RMSE(root mean square error)基本都保持在1K左右,在800hPa以下高度層時RMSE略有增大,但仍在2K以內(nèi);相對濕度廓線在整個高度層的RMSE都較小,保持在20%以內(nèi),反演精度較高。此外,反演的溫濕度廓線的偏差BIAS及其標準差都很小,表明偏差的離散程度很小,反演效果穩(wěn)定,不會出現(xiàn)異常值。(3)為了進一步檢驗本文所選取的背景場對D-R算法基于CrIS數(shù)據(jù)反演溫濕度廓線的精度的影響,本文利用上海寶山氣象站的加密探空實測大氣溫濕度廓線數(shù)據(jù)和美國國家海洋與大氣管理局NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)基于其官方算法NUCAPS(NOAA Unique Combined Atmospheric Processing System)反演提供的大氣溫濕度產(chǎn)品進行對比與驗證。結(jié)果表明:基于ECMWF的大氣溫濕度再分析數(shù)據(jù)作為背景場的D-R算法反演得到的大氣溫度廓線的總體BIAS基本保持在±1K以內(nèi),反演效果穩(wěn)定,RMSE約為1.5K左右,與NUCAPS算法的反演精度相當;在近地面層,D-R算法的反演精度仍保持在2K以內(nèi),要優(yōu)于NUCAPS算法(RMSE指標)。相對濕度在350hPa以下高度層內(nèi)與NUCAPS算法反演的精度相當,其RMSE基本在20%以內(nèi),BIAS基本在±15%以內(nèi),反演結(jié)果較好且穩(wěn)定;但在100-350hPa高度層內(nèi),D-R算法反演的相對濕度的RMSE和BIAS略有增大,反演精度降低。(4)最后,本文對優(yōu)化大氣溫濕度反演的策略進行了分析與探討,從背景場的選取范圍和敏感通道的選取這兩個方面對反演精度的影響進行了研究。結(jié)果表明:縮小背景場的選擇范圍不一定能提高統(tǒng)計類算法的反演精度,甚至有可能因為不同天氣狀況下的特征樣本廓線變少而導致反演精度降低。選取通道優(yōu)化后反演的溫度廓線的RMSE得到進一步降低,這表明利用對溫度敏感的通道反演的CrIS溫度廓線的精度有一定的提高。
【圖文】：

61.3.2 研究技術(shù)路線本文的研究技術(shù)路線圖如圖1-1所示。圖 1-1 技術(shù)路線圖1.3.3 特色和創(chuàng)新點CrIS是AIRS的延續(xù)，目前針對AIRS的研究已經(jīng)相當成熟，但針對CrIS的研究還處于發(fā)展階段，并且在中國范圍內(nèi)的應用有待進一步深入研究。本文以中國華東地區(qū)為研究區(qū)域，基于新一代紅外高光譜傳感器CrIS的輻射值數(shù)據(jù)，利用D-R反演算法進行了大氣溫濕度廓線的反演研究。針對統(tǒng)計回歸方法中常常存在匹配樣本的資料不足和代表性有限的問題，導致其反演精度大都低于物理反演算法。因此本文提出基于ECMWF大氣溫濕度廓線再分析資料，提取了數(shù)量較多且具有代表性的樣本作為反演背景場，，并將反演結(jié)果與加密探空觀測以及官方NUCAPS算法產(chǎn)品進行了對比與驗證

福州（58847）、廈門（59134）、射陽（58150）、徐州（58027）、南京（58238）、贛縣（57993）、南昌（58606）、章丘（54727)、榮成（54778）、青島（54857）、寶山（58362）、杭州（58457）、衢州（58633）、洪家（58665），圖2-1為華東地區(qū)在中國的地理位置。圖 2-1 華東地區(qū)的地理位置
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P407.6

【參考文獻】

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6 劉e

本文編號：2671118