ICON/MIGHTI与TIMED/SABER探测温度数据的对比

ICON卫星为临近空间环境特性研究、建模和预报提供了新数据.通过对ICON/MIGHTI与TIMED/SABER在90~105 km高度探测温度数据的比较,计算两者的年平均温度偏差和均方根误差,同时分析月平均温度偏差在不同月份中随高度和纬度的分布情况,为MIGHTI和SABER温度探测数据在临近空间大气建模和预报应用提供参考依据.结果表明,MIGHTI和SABER的温度垂直廓线变化趋势基本吻合,数值上有所差异.在12°S-42°N范围内,MIGHTI探测温度与SABER相比,在90~93 km时偏低,偏差最大值约2.5 K,在93~105 km偏高,偏差的绝对值最大约10 K.在不同季节,白天的温度偏差通常高于夜晚.SABER和MIGHTI的月平均温度偏差随季节和纬度的变化显著,夏季时的月平均温度偏差最大,且温度的均方根误差最大.

基于SABER卫星数据的临近空间大气参量分析

临近空间大气中存在复杂的光化学、动力学和电动力学过程,直接影响航天器的准确入轨和安全运行,近年来已成为国际研究新热点。文章概述了临近空间大气环境特征,介绍了TIMED卫星和探测技术,基于最新的SABER/TIMED v2.0Level 2A数据获取大气温度、大气压、大气密度和臭氧含量等一系列参量,对其特性进行讨论并结合实例进行量化分析。

Aura/MLS与TIMED/SABER观测全球重力波特性

大气重力波是临近空间环境主要大气波动之一,对全球环流具有重要影响。卫星上搭载的临边探测器能够探测临近空间大气温度,可用于临近空间大气重力波研究。利用2012-2014年Aura的微波临边探测器(MLS)和TIMED的红外临边探测器(SABER)的探测数据,对20~50 km高度的大气重力波扰动分布特征开展了分析研究,两种观测重力波活动基本一致,重力波随季节、纬度及高度的变化显著。冬季半球高纬度重力波扰动较强,赤道和夏季半球近赤道地区上空也存在明显重力波活动区域,夏季半球高纬度重力波扰动最弱。重力波扰动强度随高度增加。TIMED/SABER重力波扰动强度数值比Aura/MLS略强。

基于WACCM+DART的临近空间SABER和MLS温度观测资料同化试验

基于WACCM+DART(Whole Atmosphere Community Climate Model,Data Assimilation Research Test-Bed)临近空间资料同化预报系统,以2016年2月的一次平流层爆发性增温(SSW)事件为例,开展了临近空间SABER(Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry)和MLS(Microwave Limb Sounder)温度观测资料集合滤波同化试验.结果表明:同化SABER和MLS温度观测资料可显著降低WACCM模式在中间层和平流层中上部(0.001~10 hPa)大气温度场的预报误差,改善CR试验在SSW发生时中间层变冷现象偏强、纬向风场首次发生反转的层次偏低以及增温恢复阶段0.1~10 hPa的东风层提前消退、纬向风速偏大、平流层顶位置偏高等现象.基于ERA5(The Fifth Generation of ECMWF Reanalyses)再分析资料的检验表明:同化SABER和MLS温度资料明显有利于减小北半球高纬度地区(60°-90°N)平流层中上层和下中间层(0.1~14 hPa)纬向风场以及平流层和中间层中下层(0.01~100 hPa)温度场的分析误差;同化低层大气观测也有利于减小0.1~14hPa纬向风场和0.01~100 hPa温度场的分析误差,但是不如同化SABER和MLS温度资料对临近空间纬向风场和温度场分析误差的改善效果显著.

TIMED/SABER与AURA/MLS临近空间探测温度数据比较

利用AURA/MLS数据(V4.2)和TIMED/SABER数据(V2.0)对20～92 km高度的大气温度进行比较分析,计算AURA/MLS数据与TIMED/SABER数据的温度绝对偏差,并分析平均温度偏差在不同季节中随经度、纬度和高度的变化特征.结果表明:20～80 km高度的平均温度偏差在±6 K以内,相对偏差在3%以内;80～90 km高度平均温度偏差减小至-10 K以下,相对偏差在9%以内.中低纬度地区平均温度偏差廓线的变化趋势一致,从20 km高度的-3 K左右的负偏差逐渐增加,在45～50 km高度的平流层顶处有较明显的3 K左右的正偏差峰值.平均温度偏差随纬度变化明显,随经度变化很小.研究结果可为卫星数据的应用提供参考依据.

基于WACCM+DART的临近空间SABER和MLS臭氧观测同化试验研究

本研究在WACCM+DART(Whole Atmosphere Community Climate Model,Data Assimilation Research TestBed)临近空间资料同化预报系统中加入SABER(Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry)和MLS(Microwave Limb Sounder)臭氧观测同化接口,并以2016年2月一次平流层爆发性增温(SSW)过程为模拟个例进行了SABER和MLS臭氧观测同化试验,得出以下结论:同化SABER和MLS臭氧体积浓度观测得出的WACCM+DART臭氧分析场能够较真实反映SSW期间北极上空平流层臭氧廓线随时间的演变特征,且与ERA5(Fifth Generation of ECMWF Reanalyses)再分析资料描述的臭氧变化特征具有很好的一致性;基于SABER和MLS臭氧观测的WACCM臭氧6 h预报检验表明同化臭氧观测对臭氧分析和预报误差的改善效果主要体现在南半球高纬平流层和北半球中高纬平流层中上层—中间层底部;基于ERA5再分析资料的WACCM+DART分析场检验表明同化SABER和MLS臭氧体积浓度资料可在提高北半球高纬地区上平流层—中间层底部臭氧场分析质量的同时减小该地区上平流层—中间层底部温度场和中间层底部纬向风场的分析误差;基于MLS臭氧资料的臭氧中期预报检验表明相对控制试验同化SABER和MLS臭氧体积浓度资料能更好改善0~5 d下平流层和中间层底部臭氧的预报效果。

利用卫星数据考察平流层传播性行星波活动特征

中层大气是大气波动盛行的区域。这些波动不仅是这里大气扰动的主要形态，伴随其传播的耗散成为作用在背景流场上的动力强迫和作用于环境物质上的湍流混合，影响到了中层大气的各个方面，尤其对一些典型环流结构的形成起着控制作用。简要地回顾了这个研究领域发展的历史。与此同时，利用美国卫星温度探测数据（SABER／TIMED温度数据）考察了平流层（20～70km高度范围）传播性行星波活动的整体性质，给出了他们的空间分布和年变化形式。利用温度标准差（T-SDEV）代表行星波活动的强度，当前研究显示无论在热带外地区或以赤道为中心的热带地区，全年传播性行星波活动都是相当显著的。结合同期定常行星波活动强度分析结果，通过比较说明在热带外地区，传播性波动和定常波动表现出相近的季节活动性；从T-SDEV数值看，在定常波活动达到最强的季节（冬末春初），这两类波动活动的强度达到了相当的程度（TSDEV=12-14K）。当前结果还显示，在定常波活动受到显著抑制的夏季条件下，传播性波动成为平流层行星波活动的主导成分。在赤道地区的分析结果表明传播性波动是这里的控制性波动，并且其活动强度在全年都处在相当稳定的状态；T-SDEV分析结果还给出了一个值得关注的现象，从平流层下部开始（20km高度）逐渐随高度增大（大于2K），但是这种随高度增长的趋势在30km高度左右突然终止；从30km开始直到中间层底部，T-SDEV几乎不随高度变化，这隐含地说明这里的波动处于一种饱和的状态。