基于空间梯度信息的质量控制方法在红外高光谱AIRS资料同化中的应用研究

本文利用中尺度非静力WRF(Weather Research Forecast,Version 3.4)模式,针对1013号"鲇鱼"台风个例,通过对红外高光谱AIRS(Atmospheric Infrared Sounder)资料经过基于空间梯度信息的质量控制之后同化进入模式,来评估新的质量控制方法对同化效果的影响以及对台风数值模拟的改善情况。研究结果发现,如果仅仅基于WRFDA(WRF Data Assimilation system,Version 3.4)模式自带的质量控制系统,将会有部分梯度距平值明显较大超过阈值的资料被同化进入模式,而这些可能受到"污染"且误差较大的资料同化进入模式必将会导致同化结果有较大误差,影响分析结果的质量。而对AIRS资料经过基于空间梯度信息质量控制之后再同化进入模式,确实可将梯度距平值大于阈值的"坏点"剔除掉,从而使初始场的描述更加准确,台风路径的模拟精度在一定程度上得到提高。综上可知,基于空间梯度信息的质量控制方法整体上对改善同化效果有较好的正效应,对台风的数值模拟也起到一定的促进作用。

DRP-4DVar方法同化AIRS反演资料在一次江淮流域暴雨中的应用

利用经济省时的降维投影四维变分同化方法（DRP-4DVar）,在2009年7月22~23日江淮流域的一次大暴雨过程中同化晴空条件下高光谱大气红外探测仪（AIRS）反演温度、湿度廓线,改进此次强降水过程的模拟。试验结果分析显示,同化AIRS反演的温度及湿度场后,基于四维变分同化系统的模式约束,能够改进湿度场、高度场、高低层散度场。从累积降水量偏差图及同化试验增量图可以看到,正降水量偏差对应于正湿度增量、负位势高度增量及低层负散度高层正散度增量,负降水量偏差则与之相反。同化试验较参照试验可更好地模拟出暴雨的天气形势、对暴雨的落区及强度有更好的反映。此外,从单次同化与连续同化的试验对比结果看出,连续同化试验结果较单次同化结果有进一步的改进,说明不断加入新的观测资料可以更好地模拟强降水过程。

基于AIRS的重力波参数提取方法对比分析

利用2019年1月1—7日AIRS观测的(80°—100°W,30°—45°N)范围内0—45 km高度的大气温度剖面数据,根据重力波的线性理论,分别采用垂直滑动窗口法、双滤波器法、单滤波器法对温度廓线数据进行处理,从中得到初始扰动剖面,再使用分离出来的对流层到平流层低层的背景温度和重力波扰动剖面计算重力波势能,最后根据提取结果比较三种方法的差异。结果表明:1)采用垂直滑动窗口法提取的重力波势能对波长较小的波动有很好的反映,在对流层顶区域重力波势能异常偏大。2)采用双滤波器法提取的重力波势能很好地反映各个波长的波动,更符合真实情况。3)采用单滤波器法能够提取波长较大的重力波扰动,且扰动在对流层贡献更大;而采用双滤波器提取的重力波扰动分别在对流层顶和平流层贡献更大。

2015年12月末北极地表爆发性增温事件的卫星遥感监测

北极地表天气尺度的爆发性增温事件,往往是由于强烈的大气环流或洋流将低纬度热量输送到北极造成的.2015年12月29日发生的北极地表温度达到0℃以上的爆发性增温事件,引起全球广泛关注.本文利用AIRS获得的多种遥感资料,监测弗拉姆海峡上空大气温度、水汽和臭氧的急剧变化.卫星遥感监测表明,水汽和温度从27日开始出现明显增加,29日达到峰值,然后开始回落和振荡,直到1月2日都维持在12月平均值以上;与此同时,大气臭氧则呈现相反的变化,从27日开始显著减少,29日达到极小值,然后开始回升和振荡,到1月2日才回复到12月平均值附近.水汽变化主要发生在从地表到100 hPa高度,29日水汽在400 hPa高度最大增幅达到12月平均值的6倍;温度变化主要发生在从地表到250 hPa高度,29日地表温度达到0℃以上.臭氧总量的变化速度快、幅度大,与26日相比,29日臭氧总量减少102 DU达到12月平均值1/3以上;臭氧垂直廓线变化主要发生在400~5 hPa高度,与27日相比,29日臭氧垂直廓线在此高度层内的减少量占臭氧总量减少量的80%~90%.利用National Centers for Environmental Prediction（NCEP）再分析资料,结合Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory（HYSPLIT）气团后向轨迹追踪,分析表明造成此次地表爆发性增温事件的作用机制是,北大西洋低压风暴将大量低纬度温暖、潮湿的空气快速输送到北极,导致低层温度和水汽含量的急剧增加,同时大气从低纬度向高纬度的输送,配合大气从低层向高层的垂直运动,导致对流层上部到平流层中上层臭氧分布的急剧变化,从而造成臭氧总量和垂直廓线的急剧变化.此次典型个例的卫星遥感监测表明,天气尺度的动力输送造成北极地区热量、水汽和臭氧的快速剧烈变化.