目前衛(wèi)星資料廣泛應(yīng)用于數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng),并明顯地提高了數(shù)值天氣預(yù)報的準(zhǔn)確率。然而在進入同化系統(tǒng)前的預(yù)處理階段,超過75%的衛(wèi)星資料被剔除,其中一個關(guān)鍵原因就是受云和降水的影響。目前業(yè)務(wù)用資料同化系統(tǒng)大多只同化晴空衛(wèi)星觀測,導(dǎo)致在諸如臺風(fēng)、暴雨這類嚴(yán)重災(zāi)害天氣系統(tǒng)中受云和降水影響的、具有巨大潛在意義的衛(wèi)星資料都被直接剔除,這嚴(yán)重制約了衛(wèi)星資料的應(yīng)用。為探索云區(qū)衛(wèi)星微波資料的直接變分同化,本文通過增加一維變分反演的云、雨參數(shù)信息與大氣溫度、濕度等參數(shù)共同作為資料同化系統(tǒng)的初猜場,彌補初猜場中云、雨參數(shù)的不足,啟動輻射傳輸模式的散射模塊,達到同化吸收云區(qū)衛(wèi)星微波資料的目的。首先,針對衛(wèi)星微波成像儀觀測的無線電頻率干擾(RFI)問題,提出一種新的無線電頻率干擾識別算法(改進的主成分分析識別算法MPCA),以解決冰雪下墊面時成像儀觀測中的無線電頻率干擾難以識別的困難。將MPCA法的識別效果與現(xiàn)有的譜差法、PCA法、NPCA法和DPCA法的識別效果進行比較,發(fā)現(xiàn)新的MPCA法普適性廣、計算效率高,為后續(xù)的微波成像儀資料的使用奠定了基礎(chǔ)�；跓o線電干擾訂正后的成像儀觀測利用一維變分算法反演云、雨參數(shù),包括云液水含量、云冰水含量和雨水含量垂直廓線。將反演廓線與CloudSat云雷達觀測進行比較,發(fā)現(xiàn)水成物分布在垂直剖面上與CloudSat的云雷達回波對應(yīng)良好。進一步對比晴空、有云兩種情況下輻射傳輸模式對亮度溫度的模擬效果,發(fā)現(xiàn)如果初猜場中不補充額外的云、雨參數(shù)信息,CRTM并不能模擬出洋面上與實際觀測接近的臺風(fēng)云系,對于微波低頻通道晴空模擬亮溫比觀測亮溫普遍偏低；而對于高頻通道晴空模擬亮溫比觀測亮溫普遍偏高,并且這種晴空模擬亮溫與觀測亮溫間的偏差非常大。而增加反演的云、雨廓線與大氣溫、濕廓線共同作為輻射傳輸模式的輸入?yún)?shù)后,CRTM模式在AMSR-2各通道均可以較好地模擬出臺風(fēng)外形輪廓、強度及螺旋結(jié)構(gòu),有云模擬亮溫與觀測亮溫間的偏差明顯降低,大大增加了吸收入同化系統(tǒng)的衛(wèi)星資料量。最后,將反演的云、雨廓線與大氣溫度、濕度等參量共同作為三維變分資料同化系統(tǒng)(GSI)的初猜場,直接同化云區(qū)AMSU-A亮度溫度資料。本文以2014年8月臺風(fēng)“夏浪”成熟階段的觀測資料為例,設(shè)計三組平行同化試驗,即控制試驗、同化試驗1和同化試驗2。其中控制試驗只同化常規(guī)觀測資料,試驗1同化常規(guī)觀測資料和晴空區(qū)AMSU-A觀測資料,而試驗2則利用本研究提出的云區(qū)直接變分同化方案,同化常規(guī)觀測資料和全天候AMSU-A觀測資料。比較三組試驗的同化分析場,發(fā)現(xiàn)試驗2可有效提高衛(wèi)星資料利用率,改進大尺度的溫度、濕度和風(fēng)場,特別是對臺風(fēng)高空暖核有明顯改進。雖然改進臺風(fēng)暖核并不能馬上改進海表氣壓場、進而改進初始階段臺風(fēng)的位置和強度,但在WRF強模式的積分過程中,隨著積分時間延長,暖核的增強(減弱)通過加大(減小)與周圍環(huán)境的梯度幫助模式動力場產(chǎn)生更強(減弱)的氣旋。因此盡管在初始同化時刻模擬的臺風(fēng)位置并不靠近觀測臺風(fēng),但是隨著同化循環(huán)及預(yù)報時間的增加,試驗2逐漸減少了對臺風(fēng)路徑的預(yù)報誤差。
【學(xué)位單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：P407.7
【部分圖文】：

它觀測通道并沒有出現(xiàn)，因此這些＂熱點＂即為潛在的受ＲＦＩ污染的區(qū)域。另外，由于冰逡逑雪地表的散射作用隨著頻率的升高而逐漸增大，導(dǎo)致冰雪區(qū)的觀測亮度溫度隨著頻率的逡逑升高而逐漸降低。通過圖３．１ａ到圖３．１ｆ，６幅ＡＭＳＲ－Ｅ從低到高頻率通道的亮度溫度圖逡逑的比較可Ｗ發(fā)現(xiàn)，美國北部（４０°Ｎ邋Ｗ北區(qū)域）觀測亮度溫度隨頻率升高而逐漸減低的逡逑區(qū)域即為冰雪覆蓋區(qū)，特別是８９邋ＧＨｚ高頻通道（圖３．１ｆ）中亮度n戎檔陀冢玻玻板澹說膩義锨頡ｅ義蟇W逡逑２（）邐＾邋ｅｅｒｉｅｒ邐ＰＣ邐２（）邐＼，ｃ。，。，。。逡逑１．＾０邋Ｗ邋１２０邐Ｗ邋１１０邋Ｗ邋ＫＫ）邋Ｗ邋９０邋＼＼－邋ＸＯ邋Ｗ邋７０邋Ｗ邋６０邋Ｗ邋１＾０邋Ｗ邐１２０邋＼Ｖ邋１１０邋Ｗ邋１００邐Ｗ邐＜；（）邋Ｗ＊邋８０邋Ｗ邋７０邋Ｗ邋６０邐Ｗ逡逑，，，？、＇！邐、Ｉ。？．…Ｉ邋＿Ｊ邐、邐｛州逡逑？ｉ＼Ｊ邋＾邋０邐ｅ邐ｃ邐？邐ｒ邐Ｉ邐ｏ邐ｏ邐六。邐ｅ邐？邐■邐？邐，邐０邐。逡逑１．＾０邋Ｗ邋１２０邋Ｗ邋１１０邋Ｗ邋１００邋＼Ｖ邋９０邋Ｗ邋ＫＯ邋＼Ｖ邋７０邋Ｗ邋６０邋Ｕ邋１．＾０邋Ｗ邋１２０邋Ｗ邋１１０邋Ｗ邋１００邋Ｗ邋９０邋Ｗ＊邋８０邋＼Ｙ邋７０邋Ｗ邋６（ＭＶ逡逑———Ｍ邐Ｉ—＾＾＾１邋…逡逑２ＩＨ？邐２２１１邐２４０邐２６０邐２邋ＳＯ邐義邋ｍ邐３２０逡逑圖３．１邐２０１１年２月１０日美國大陸ＡＭＳ民－Ｅ升軌水平極化通道觀測亮度溫度圖；（ａ）６．９邋ＧＨｚ、（ｂ）１０．７逡逑ＧＨｚ、似邋１８．７邋ＧＨｚ、州邋２３．８邋ＧＨｚ、（ｅ）％＇５邋ＧＨｚ、（ｆ）邋８９邋ＧＨｚ逡逑表３．２中給出了具體的本研究范圍內(nèi)各觀測通道間的相關(guān)系數(shù)

３６Ｈ邐１．００００逡逑同時從圖３．１中６個不同頻率通道的亮度溫度W 也可Ｗ進一步表明，美國大陸地區(qū)逡逑主要是在６．９邋Ｇ化通道易受民ＦＩ污染，其它通道并沒有出現(xiàn)由ＲＦＩ污染導(dǎo)致的異常高溫逡逑現(xiàn)象。因此，政６．９邋Ｇ化水平極化通道的ＲＦＩ識別為例，ＭＰＣＡ法蘭個輸入變量如圖３．２逡逑所示，即民Ｉ６Ｈ邋（圖邋３．２ａ）、ＳＩｈ邋（圖邋３．２ｂ）、ＳＩｖ邋（圖邋３．２ｃ）。逡逑１－Ｖ）邋Ｗ邋１２０邋＼Ｖ邋１１０邋＼Ｖ邋１０，ＭＶ邐９０邋＼Ｖ邋８ｔＭＶ邐７０邐＼Ｖ邐６（ＭＶ邐１邋如邋Ｕ．邐１邋三０邐從．１１０、、．邐１００邐＼Ｖ邐９０邐＼Ｖ邋８０邋Ｗ邐乃）＼Ｖ邐６０邋Ｗ逡逑—Ｉ邐—１＾—ＩＩＩ逡逑－３０邋－２５邋－２０邋－１５邋－１０邋－５邐０邐５邐１０邐１５邐２０邐２５邐Ｍ）邐－Ｍ）邋－２５邐－２０邐－１５邋－１０邐－５邐０邐５邐１０邋１５邐２０邐２５邐３０逡逑R%Ｖ瑞。＼Ｖ邋１２０、Ｖ邋１１０邋＼Ｖ邋Ｕ化Ｉ。、Ｖ邋Ｗ。＼Ｖ邋８（ｉ。Ｗ邋７０。、Ｖ邋６０。＼Ｖ逡逑＾￣￣￣邋－邋＇逡逑－．＾０邋－２５邋－２０邋－１５邋－１０邐－５邐０邐５邐１０邐１５邐２０邐２５邐３０逡逑圖３．２邐２０１１年２月１０日ＡＭＳＲ－Ｅ升軌觀測資料構(gòu)

量（變量）圖：（ａ）ＭＰＣＡ法、（ｂ槽差法（剔除冰雪區(qū)觀測資料）、似ＰＣＡ法、州ＮＰＣＡ法、（ｅ）ＤＰＣＡ逡逑法；訊將ＭＰＣＡ法應(yīng)用于２０Ｈ年７月４日的夏季觀測資料逡逑進一步的針對研究個例，圖３．５ａ￣３．５ｅ分別給出了邋ＭＰＣＡ法、譜差法、ＰＣＡ法、ＮＰＣＡ逡逑法和ＤＰＣＡ法識別出的ＲＦＩ分布情況，而不受ＲＦＩ污染的區(qū)域Ｗ灰色表示。ＭＰＣＡ法逡逑識別的冬季個例的ＲＦＩ的強度和范圍（圖３．５ａ）與ＭＰＣＡ法識別夏季個例（圖３．５ｆ）邋Ｗ逡逑及ＤＰＣＡ法（圖３．５ｅ）的識別效果一致性非常好。譜差法（圖３．化）則直接剔除了冰雪逡逑覆蓋的ＲＦＩ源

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本文編號：2828467