基于卫星辐射率资料的两种三维云反演方法对比研究

基于格点统计插值分析系统(Gridpoint Statistical Interpolation analysis system,简称GSI),利用粒子滤波(Particle Filter,简称PF)方法对卫星红外辐射率资料进行了云覆盖、云高等三维云图产品的反演研究。选取了具有高时空分辨率的静止卫星GOES(Geostationary Operational Environmental Satellites)-Imager辐射率资料进行了云反演试验,初步评估了PF云反演方法的可行性及其与多元极小残差(Multivariate and Minimum Residual,简称MMR)云反演方法的异同。结果表明:两种方法反演得到的云覆盖和云顶气压与NASA基于CO2切片法反演得到的GOES云产品一致性较高。PF和MMR方法反演产品的优点是云图信息是三维分布的,相对于NASA提供的GOES云产品能提供更全方位立体的云信息。MMR方法需要利用一维变分逐步拟合观测来反演三维云图产品;PF方法采用不同模式垂直层的云覆盖比例作为不同粒子来近似后验概率分布,计算效率大大提高。进一步提出了一种新的基于"扰动粒子"的粒子滤波云反演方法,结果表明:在滤波过程中采用足够多的粒子样本(样本数量约为250)可以改进后验概率密度函数的估计,有效地避免了粒子发散问题,改善了云反演的结果。

气象-气溶胶资料联合同化对秋季PM_(2.5)浓度模拟的影响研究

相比冬季大范围静稳条件下的污染堆积过程,秋季气象条件更加复杂和局地化,气象条件模拟不确定性给秋季气溶胶模拟带来了更大难度,且目前研究较少考虑气象-气溶胶因素在线模拟和联合同化。使用WRF/Chem模式和格点统计差值(GSI)三维变分同化系统,2015年10月进行了为期1个月的气象-气溶胶资料联合同化及模拟试验,并基于此讨论了气象-气溶胶资料联合同化对秋季PM_(2.5)浓度模拟的影响。结果表明,WRF/Chem模式可以模拟出秋季污染天气过程,但对华北平原和中东部地区存在高估、西北部存在低估现象;同化地面PM_(2.5)浓度观测资料可以改进对PM_(2.5)浓度的模拟,上述两个地区的偏差均得到订正,6 h预报偏差均降低至6μg/m3以内;重点针对华北地区的分析表明,秋季PM_(2.5)污染过程与特殊气象条件(湿度升高、风场辐合、区域输送)密切相关,因此在地面PM_(2.5)观测资料同化基础上增加常规气象资料同化,能进一步提高对华北平原气象-污染过程的表达,PM_(2.5)浓度预报相关系数从0.86提高至0.89。气象-气溶胶联合资料同化能更加准确地模拟秋季气溶胶污染过程,为更好地开展污染成因和在气象预报框架下开展气象-气溶胶相互影响研究提供了基础。