本文關(guān)鍵詞：衛(wèi)星臭氧資料的質(zhì)量控制與同化及其對(duì)熱帶氣旋模擬的影響研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在不同緯度、不同高度的臭氧濃度的高低與大氣運(yùn)動(dòng)有直接關(guān)系,臭氧濃度的變化可以直接顯示出天氣尺度的波動(dòng),所以臭氧與許多大氣參數(shù)具有相關(guān)性�；诔粞蹩偭亢蚉V (potential vorticity)的密切關(guān)系,本文首先發(fā)展了AIRS (Atmospheric Infrared Sounder)臭氧資料和FY-3A (Fengyun-3A) TOU (Total Ozone Unit)臭氧資料的質(zhì)量控制方案。隨后,本文基于中尺度數(shù)值模式MM5發(fā)展并應(yīng)用了AIRS臭氧資料的4D-Var (four-dimensional variational)同化方案,以改進(jìn)熱帶氣旋的數(shù)值預(yù)報(bào)。主要結(jié)論如下：(1) AIRS針對(duì)臭氧總量資料的原始質(zhì)量控制方案是利用AIRS TPW的反演誤差與AIRS TPW的比值作為篩選指標(biāo),但是此篩選標(biāo)準(zhǔn)使得AIRS TPW在熱帶氣旋中心附近的反演值異常偏小,從而導(dǎo)致熱帶氣旋中心附近大量的臭氧總量資料被篩除。針對(duì)此問題,本文發(fā)展了一種兩步質(zhì)量控制方案。在第一步中,將AIRS TPW替換為同一顆衛(wèi)星平臺(tái)上的AMSU TPW,再剔除掉新比值超過33%的資料。在第二步中利用臭氧總量與MPV的高相關(guān)性,建立了一個(gè)每日動(dòng)態(tài)更新的線性回歸模式,并基于此模式使用Biweight方案對(duì)通過第一步的資料進(jìn)行處理。在兩個(gè)臺(tái)風(fēng)個(gè)例和兩個(gè)颶風(fēng)個(gè)例中的試驗(yàn)表明,本文所發(fā)展的兩步質(zhì)量控制方案在提高資料質(zhì)量的同時(shí),可以保留熱帶氣旋中心附近大量的AIRS臭氧資料。(2)為了在數(shù)值預(yù)報(bào)中應(yīng)用TOU的臭氧資料,從資料同化角度發(fā)展了一套質(zhì)量控制方案。首先基于臭氧總量和平均位勢(shì)渦度的高相關(guān)性建立了逐日動(dòng)態(tài)更新的臭氧線性回歸預(yù)報(bào)模型,然后使用雙權(quán)重算法對(duì)臭氧資料進(jìn)行質(zhì)量控制。將該質(zhì)量控制方案應(yīng)用于臺(tái)風(fēng)Tembin (2012)和Isaac(2012)個(gè)例,試驗(yàn)結(jié)果說明該方案可以體現(xiàn)出臭氧總量和平均位勢(shì)渦度之間相關(guān)關(guān)系的逐日變化,識(shí)別出的離群資料百分比隨時(shí)間變化較穩(wěn)定,可以保留原始資料的主體信息,并且顯著降低了原始資料的標(biāo)準(zhǔn)差。同時(shí),質(zhì)量控制后的臭氧數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)擬合量更加一致,觀測(cè)減擬合的概率密度函數(shù)分布形式也更接近高斯分布,有利于后續(xù)的資料同化。(3)為了對(duì)AIRS臭氧總量資料進(jìn)行同化,本文基于臭氧總量和PV之間的關(guān)系發(fā)展了一種4D-Var選層同化方案。首先從400—50 hPa之間的模式層中選出臭氧總量和PV的相關(guān)系數(shù)最高的5層,然后分層建立觀測(cè)算子對(duì)AIRS臭氧總量資料進(jìn)行4D-Var同化。將該同化方案應(yīng)用到熱帶氣旋Earl個(gè)例中,試驗(yàn)結(jié)果說明臭氧總量資料同化能夠通過改善熱帶氣旋高層的PV對(duì)中低層的PV產(chǎn)生影響。同化AIRS臭氧總量資料對(duì)模式中PV的調(diào)整又對(duì)熱帶氣旋Earl的路徑和強(qiáng)度預(yù)報(bào)產(chǎn)生積極影響。同化AIRS臭氧總量資料后,熱帶氣旋Earl的暖心結(jié)構(gòu)也得到增強(qiáng)。同時(shí),試驗(yàn)結(jié)果表明熱帶氣旋Earl路徑預(yù)報(bào)的改進(jìn)主要是由于同化試驗(yàn)中引導(dǎo)氣流得到了調(diào)整。(4)為了進(jìn)一步改進(jìn)熱帶氣旋數(shù)值預(yù)報(bào),本文發(fā)展了一種BODA (bogus and ozone data assimilation)方案。首先,從400—50 hPa之間的模式層中選出臭氧總量和PV的相關(guān)系數(shù)最高的某些模式層,然后分層建立同化AIRS臭氧總量資料的觀測(cè)算子。隨后,通過4D-Var同化系統(tǒng)將臭氧資料同化與BDA (bogus data assimilation)結(jié)合,并通過多個(gè)個(gè)例的研究表明BODA方案的有效性。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,使用4—6層模式層對(duì)AIRS臭氧資料進(jìn)行同化可以顯著改進(jìn)熱帶氣旋的路徑和強(qiáng)度預(yù)報(bào),同時(shí)熱帶氣旋初始化所需的計(jì)算時(shí)間較為合理。與BDA方案相比,本文所發(fā)展的BODA方案對(duì)模式低層至高層的初始場(chǎng)都有顯著調(diào)整。結(jié)果還表明,在使用BODA方案時(shí)同化層數(shù)對(duì)熱帶氣旋的模擬有重要影響。值得注意的是,以合適的層數(shù)同化AIRS臭氧資料時(shí),模式模擬不僅可以改進(jìn)熱帶氣旋Earl的路徑預(yù)報(bào),而且可以較好把握熱帶氣旋Earl的強(qiáng)度以及強(qiáng)度變化。以上結(jié)果表明,AIRS臭氧資料包含豐富的高層大氣信息,與低層bogus資料同時(shí)同化進(jìn)入數(shù)值模式時(shí),可以顯著改進(jìn)熱帶氣旋初始化。
【關(guān)鍵詞】：AIRS臭氧總量 紫外臭氧總量探測(cè)儀 質(zhì)量控制 資料同化 熱帶氣旋數(shù)值預(yù)報(bào)
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P412.27;P444
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 緒論10-42
• 1.1 引言10-11
• 1.2 星載臭氧探測(cè)儀的發(fā)展概況11-15
• 1.3 衛(wèi)星臭氧資料的應(yīng)用15-25
• 1.3.1 衛(wèi)星臭氧資料在天氣學(xué)中的應(yīng)用15-17
• 1.3.2 衛(wèi)星臭氧資料在氣候?qū)W中的應(yīng)用17-19
• 1.3.3 衛(wèi)星臭氧資料在青藏高原對(duì)天氣和氣候的影響中的應(yīng)用19-21
• 1.3.4 衛(wèi)星臭氧資料的數(shù)值應(yīng)用21-24
• 1.3.5 衛(wèi)星臭氧資料對(duì)環(huán)境氣象和大氣污染監(jiān)測(cè)發(fā)展過程的影響24-25
• 1.4 總結(jié)和展望25-26
• 1.5 論文主要研究?jī)?nèi)容和特色26-27
• 1.5.1 主要研究?jī)?nèi)容26-27
• 1.5.2 研究特色27
• 1.6 論文結(jié)構(gòu)27-28
• 參考文獻(xiàn)28-42
• 第二章 MM5模式及其四維變分同化系統(tǒng)介紹42-52
• 2.1 引言42
• 2.2 MM5模式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)42-45
• 2.3 MM5四維變分同化系統(tǒng)45-50
• 2.3.1 目標(biāo)函數(shù)45-46
• 2.3.2 目標(biāo)函數(shù)極小化算法46-47
• 2.3.3 目標(biāo)函數(shù)梯度47-49
• 2.3.4 邊界處理49
• 2.3.5 MM5四維變分同化系統(tǒng)流程49-50
• 參考文獻(xiàn)50-52
• 第三章 AIRS臭氧總量資料的質(zhì)量控制方案及其在熱帶氣旋中的應(yīng)用52-74
• 3.1 引言52-54
• 3.2 個(gè)例概況54-56
• 3.3 數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介56-58
• 3.3.1 AIRS臭氧數(shù)據(jù)56-57
• 3.3.2 AIRS和AMSU的TPW57-58
• 3.4 質(zhì)量控制方案58-62
• 3.4.1 AIRS QC方案58-60
• 3.4.2 改進(jìn)的AIRS QC方案60-62
• 3.5 數(shù)值結(jié)果62-69
• 3.5.1 QC1評(píng)估62-65
• 3.5.2 QC2評(píng)估65-66
• 3.5.3 QC1與QC2之間的關(guān)系66-68
• 3.5.4 質(zhì)量控制前后的數(shù)據(jù)特征68-69
• 3.6 總結(jié)與討論69-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 第四章 FY-3A氣象衛(wèi)星臭氧總量數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制方案及其在臺(tái)風(fēng)TembIN(2012)和Isaac(2012)中的應(yīng)用74-94
• 4.1 引言74-76
• 4.2 個(gè)例概況76-77
• 4.3 數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介77-78
• 4.4 質(zhì)量控制方案78-81
• 4.5 數(shù)值結(jié)果81-89
• 4.5.1 Zqc的選取81-82
• 4.5.2 臭氧線性回歸預(yù)報(bào)模型的評(píng)估82-83
• 4.5.3 質(zhì)量控制前后的數(shù)據(jù)空間分布特征83-86
• 4.5.4 質(zhì)量控制后的數(shù)據(jù)總體特征86-89
• 4.6 結(jié)論89-90
• 參考文獻(xiàn)90-94
• 第五章 AIRS臭氧總量資料的四維變分同化對(duì)熱帶氣旋Earl預(yù)報(bào)的影響94-114
• 5.1 引言94-95
• 5.2 個(gè)例介紹95-96
• 5.3 模式、資料及同化方案96-101
• 5.3.1 模式介紹96-97
• 5.3.2 資料及其質(zhì)量控制介紹97-99
• 5.3.3 同化方案設(shè)計(jì)99-101
• 5.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析101-108
• 5.4.1 熱帶氣旋路徑101-102
• 5.4.2 熱帶氣旋中心海平面氣壓102-103
• 5.4.3 批量試驗(yàn)分析103-104
• 5.4.4 位勢(shì)渦度增量場(chǎng)104-105
• 5.4.5 熱帶氣旋的暖心結(jié)構(gòu)105-107
• 5.4.6 引導(dǎo)氣流107-108
• 5.5 結(jié)論與討論108-109
• 參考文獻(xiàn)109-114
• 第六章 Bogus and Ozone Data Assimilation(BODA)方案在颶風(fēng)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用114-142
• 6.1 引言114-117
• 6.2 個(gè)例介紹117-118
• 6.3 模式、資料及同化方案118-123
• 6.3.1 模式介紹118
• 6.3.2 資料及其質(zhì)量控制介紹118-120
• 6.3.3 同化方案設(shè)計(jì)120-123
• 6.4 數(shù)值結(jié)果123-134
• 6.4.1 初始結(jié)構(gòu)123-127
• 6.4.2 路徑和強(qiáng)度127-131
• 6.4.3 模擬結(jié)構(gòu)131-134
• 6.5 總結(jié)134-135
• 參考文獻(xiàn)135-142
• 第七章 總結(jié)與討論142-146
• 7.1 主要結(jié)論142-143
• 7.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)143-144
• 7.3 存在的問題與后續(xù)研究144-146
• 附錄146-148
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文146
• 主持與參與的科研項(xiàng)目146-147
• 參加的學(xué)術(shù)會(huì)議147-148
• 致謝148-149

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1 穆海振,屠其璞;1949～1995年西太平洋熱帶氣旋活動(dòng)的氣候?qū)W特征[J];南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào);2000年01期

2 樊琦,梁必騏;熱帶氣旋災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失的模糊數(shù)學(xué)評(píng)測(cè)[J];氣象科學(xué);2000年03期

3 李開奇;合力隨時(shí)間線性變化的熱帶氣旋路徑分析[J];氣象;2000年06期

4 ;第11屆全國(guó)熱帶氣旋科學(xué)討論會(huì)在蘇州召開[J];應(yīng)用氣象學(xué)報(bào);2000年01期

5 林志強(qiáng);1999年影響我國(guó)的熱帶氣旋及其特點(diǎn)[J];廣東氣象;2000年03期

6 吳恒強(qiáng);太陽(yáng)黑子活動(dòng)與影響廣西的熱帶氣旋的關(guān)系[J];廣西氣象;2000年S1期

7 張容焱,吳濱,宋德眾;影響福建熱帶氣旋的若干基本氣候特征[J];臺(tái)灣海峽;2000年01期

8 陳曉梅;氣象界的一次學(xué)術(shù)研討盛會(huì)——記第十一屆全國(guó)熱帶氣旋科學(xué)討論會(huì)[J];新疆氣象;2000年01期

9 沈武;雙熱帶氣旋相互作用研究動(dòng)態(tài)[J];浙江氣象;2000年03期

10 任玉清,肖家明,崔樹勛;規(guī)避熱帶氣旋的計(jì)算方法研究[J];大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào);2001年04期

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1 蔡秀華;曹鴻興;呂文忠;;1949-2008年靖宇劃定區(qū)域熱帶氣旋的統(tǒng)計(jì)和分析[A];第26屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)熱帶氣旋科學(xué)研討會(huì)分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2009年

2 林毅;劉愛鳴;劉銘;;臺(tái)灣島東岸登陸熱帶氣旋路徑打轉(zhuǎn)分析[A];第26屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)熱帶氣旋科學(xué)研討會(huì)分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2009年

3 俞燎霓;雷媛;曹美蘭;;浙江熱帶氣旋統(tǒng)計(jì)特征分析[A];第三屆長(zhǎng)三角氣象科技論壇論文集[C];2006年

4 陳宏義;楊萬裕;;影響浙江的晚秋熱帶氣旋特征淺析[A];第六屆長(zhǎng)三角氣象科技論壇論文集[C];2009年

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1 孫銳　黃幸媛;知名專家傳授熱帶氣旋研究前沿知識(shí)[N];中國(guó)氣象報(bào);2007年

2 侯小健;今年將有6至8個(gè)熱帶氣旋影響海南[N];海南日?qǐng)?bào);2007年

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4 本報(bào)記者 姚小敏;遲來的“熱帶氣旋”[N];人民日?qǐng)?bào)海外版;2010年

5 本報(bào)記者 高琳;風(fēng)電場(chǎng)遇熱帶氣旋利好還是利空？[N];中國(guó)氣象報(bào);2012年

6 華凌;下世紀(jì)熱帶氣旋或更強(qiáng)更頻繁[N];科技日?qǐng)?bào);2013年

7 中國(guó)東方航空股份有限公司運(yùn)行控制中心 左璇 羅咪 施Ya 朱玲怡 王帥 吳飛飛 周俊年 王秀春;華東近海北上、轉(zhuǎn)向熱帶氣旋對(duì)長(zhǎng)三角飛行區(qū)域運(yùn)行控制的影響分析[N];中國(guó)民航報(bào);2014年

8 王乃仙;熱帶氣旋的編號(hào)和命名[N];光明日?qǐng)?bào);2004年

9 陳磊;熱帶氣旋衛(wèi)星微波分析系統(tǒng)顯神威[N];中國(guó)氣象報(bào);2006年

10 彭瑩輝;中國(guó)熱帶氣旋活動(dòng)呈減弱趨勢(shì)[N];中國(guó)氣象報(bào);2007年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉玲玲;熱帶氣旋在海洋能量平衡和水團(tuán)平衡中的作用[D];中國(guó)海洋大學(xué);2008年

2 徐奎;沿海城市暴雨潮位關(guān)聯(lián)特性及洪澇風(fēng)險(xiǎn)分期控制研究[D];天津大學(xué);2014年

3 楊兵;南海北部上層海洋對(duì)熱帶氣旋的響應(yīng)[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(海洋研究所);2016年

4 邢蕊;熱帶氣旋、副熱帶高壓及遠(yuǎn)距離降水間的關(guān)系研究[D];南京信息工程大學(xué);2015年

5 劉寅;衛(wèi)星臭氧資料的質(zhì)量控制與同化及其對(duì)熱帶氣旋模擬的影響研究[D];南京信息工程大學(xué);2015年

6 凌征;熱帶氣旋對(duì)南海上層海洋影響研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2011年

7 儲(chǔ)惠蕓;環(huán)境因子對(duì)熱帶氣旋時(shí)空特征的影響[D];南京大學(xué);2012年

8 許士斌;1990年代末北印度洋及西北太平洋春季熱帶氣旋活動(dòng)的年代際突變[D];中國(guó)海洋大學(xué);2014年

9 楊宇星;熱帶氣旋全球模態(tài)及西北太平洋頻發(fā)區(qū)熱帶氣旋變化特征研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2010年

10 曾智華;環(huán)境場(chǎng)和邊界層對(duì)近海熱帶氣旋結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度變化影響的研究[D];南京信息工程大學(xué);2011年

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1 趙雪;影響南海的熱帶氣旋與西太平洋副熱帶高壓的關(guān)系研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2008年

2 董貞花;近年來影響中國(guó)的熱帶氣旋東折成因的診斷分析[D];浙江大學(xué);2010年

3 于海俠;高層強(qiáng)增溫與熱帶氣旋路徑及其強(qiáng)度變化關(guān)系[D];浙江師范大學(xué);2010年

4 馬曉星;理想熱帶氣旋登陸數(shù)值模擬研究[D];南京氣象學(xué)院;2003年

5 龔（龍?zhí)欤?小型島嶼地形對(duì)登陸熱帶氣旋影響的數(shù)值模擬[D];南京氣象學(xué)院;2003年

6 王桂娟;廣東省熱帶氣旋災(zāi)害分析與風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[D];南京信息工程大學(xué);2013年

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9 許可;云輻射強(qiáng)迫效應(yīng)對(duì)熱帶氣旋的影響[D];南京信息工程大學(xué);2015年

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  本文關(guān)鍵詞：衛(wèi)星臭氧資料的質(zhì)量控制與同化及其對(duì)熱帶氣旋模擬的影響研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：255830