云对中国区域卫星观测臭氧总量精度影响的检验分析

根据卫星和地基观测,比较了我国香河、昆明、瓦里关和龙凤山四个站点臭氧总量自1979年以来的变化。卫星与地基观测的臭氧总量长期趋势比较一致,表明臭氧总量均有下降趋势,但是卫星与地基各自观测的结果仍存在着显著的差别。为研究卫星与地基臭氧总量的差别,以地基观测臭氧总量为参考,检验云对历史TOMS（Total Ozone Mapping Spectrometer）和GOME（Global Ozone Monitoring Experiment）臭氧总量精度的影响。结果显示：云（云量或云顶高度）增加了卫星臭氧总量误差,降低数据精度。随着地面云量的增加,TOMS、GOME臭氧总量相对误差在上述四个地点呈现明显的上升趋势（瓦里关最为明显）,但最大变化幅度没有超过2.0%。TOMS臭氧总量相对误差随地面云量变化呈现区域性特点,香河与龙凤山（代表着中纬度高臭氧总量区域）、昆明与瓦里关（代表中、低纬度高原低臭氧总量区域）分别为两个变化特点接近的区域。GOME臭氧总量相对误差与云之间关系的区域特征不明显。利用卫星遥测FRESCO（Fast Retrieval Scheme for Clouds from the Oxygen A-band）云信息检验GOME卫星臭氧总量精度的表明,只有当云量大于5成后GOME臭氧总量才显示出相对误差增加的现象,但无明显趋势;随着FRESCO云顶高度的增加,GOME臭氧相对误差在香河、瓦里关均呈现明显的上升趋势并有3%左右幅度的变化。TOMS臭氧总量相对误差随着地面有效反射率的增加而增大,且误差幅度超过2%;TOMS-N7臭氧总量比TOMS-EP约高2.0%～3.0%。分析还表明,云内和云以下臭氧柱浓度在反演的卫星臭氧总量中的贡献很可能被高估了。

不同云重叠参数对全球和东亚地区模拟总云量的影响

在国家气候中心全球大气环流模式BCC_AGCM2.0中引入一组基于CloudSat/CALIPSO卫星观测的、能够体现真实时空变化特征的云垂直重叠参数(抗相关厚度,L_(cf))数据,以减小由云的重叠描述造成的辐射场的不确定性。对比了采用时空变化的云重叠参数和采用恒定云重叠参数的气候模拟结果,发现无论在全球还是东亚区域,采用基于卫星观测的云重叠参数对模拟的总云量都有一定程度的改进。采用时空变化的云重叠参数后,冬、夏两季全球平均总云量与云和地球的辐射能量系统(CERES)卫星资料的误差都减少了1.6%,其中热带对流区域总云量的正偏差和副热带地区总云量的负偏差都明显减少,这些有助于正确模拟不同区域间的能量收支差异。在东亚区域,采用时空变化的云重叠参数后,冬、夏两季的东亚区域平均总云量与CERES卫星资料的误差分别减少了1.8%和1.4%。综上所述,基于CloudSat/CALIPSO卫星资料计算得到的L_(cf)有助于改进大气环流模式对总云量的模拟,从而提高模式对辐射场的模拟精度。

半干旱区云量变化特征及其与太阳辐射关系的研究

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站2008年全天空成像仪、微脉冲激光雷达和太阳总辐射观测资料，分析了不同时间段内云量的变化特征及其与太阳辐射的关系。结果表明：2008年3~8月总云量经历了先上升后下降的过程，其中3~5月缓慢上升，各月总云量都在8成以上；6~8月显著下降，但各月总云量都大于6成，说明半干旱区春夏季云量充足，属“不缺云”状态；同一时段内，太阳总辐射先“变亮”后“变暗”，即3~5月大幅上升，6~8月逐步下降；总云量与太阳总辐射存在显著的负相关关系，相关因子 R2=0.68；低云、中云、高云对地面太阳辐射的相对影响值分别为-23.01%、-3.33%和13.09%。

高光谱红外探测仪温湿度廓线在华东地区的真实性检验

卫星高光谱红外资料可提供高时空分辨率的温湿度廓线信息,是数值天气预报模式重要的数据源.高光谱红外大气探测仪的温湿度产品资料的质量控制和观测误差描述是同化应用效果的关键.探空资料是对温湿度垂直信息的直接测量,具有较高精度,而汛期加密探空观测(北京时14:00)具有与AIRS(Atmospheric Infrared Sounder)卫星过境时间相匹配的优势,可以较好地验证AIRS反演的廓线产品精度.研究选取中国华东地区,利用2015年夏季的加密探空资料与AIRS反演产品进行时空匹配处理.研究结果表明,AIRS反演的温度廓线精度较高,整体RMSE分布区间为[1.02℃,2.49℃];而湿度廓线整体上呈现低层偏干高层偏湿现象,RMSE分布区间为[12.91%,23.43%];AIRS和AMSU(Advanced Microwave Sounding Unit)联合反演产品中,随着云覆盖范围的增加,温湿度廓线反演精度逐渐降低,但整体上依然保证一定精度,其为将来开展有云覆盖条件下的卫星资料同化应用提供依据.

FY-2G卫星云量产品在宁夏的分析检验

文章利用2016年3月~2017年2月宁夏地面人工观测总云量资料和FY-2G卫星云量产品,对卫星云覆盖率和总云量两种产品的月分布、逐日变化、偏差分布以及一致率等进行了统计分析,并根据分析结果对出现误差的原因进行了详细的讨论,为FY-2G云量产品的应用和研究提供基础。

FY-2G卫星两种云订正产品在湖南的对比分析

使用2015年7月—2016年6月FY-2G卫星逐小时总云量和云覆盖率两种产品,采取区域平均和距离平方反比方法将其分别插值到湖南省有云观测的34个气象站点,并对总云量产品进行分站点滑动回归订正,从而分析上述两种产品的总体一致率和不同实况云量条件下的一致率。结果表明:云覆盖率产品和经过订正的总云量产品在湖南省的总体一致率分别为74.4%和74.8%;云覆盖率产品在实况少云和满云的情况下其一致率较高,但在实况多云时一致率仅为22%;经订正的总云量产品在多云和满云时的一致率高于云覆盖率产品,在少云情况下由于订正误差导致其一致率降低,但可通过选择性订正的方式在一定程度上得以避免。在湖南省使用订正后的卫星总云量作为地面云观测的补充或替代更为合适。

单双参云微物理方案对强降水过程中云宏微观特征模拟的对比分析

将WRF3.9模式的16种云微物理方案分为单参、双参两组,分别对2016年6月30日—7月4日江淮流域的一次强降水过程进行模拟。首先利用逐小时观测降水对各组模拟降水进行评估,在此基础上利用FY-2G和CALIPSO云产品数据分别评估不同方案对降水过程中总云量、云垂直结构云水含量等宏微观特征的模拟性能。结果表明:选用不同的云微物理参数化方案均能较好地模拟出该次过程的雨带位置和中心降水强度,但不同方案对云宏微观特征的模拟结果有显著差异。分析两组试验对总云量的模拟结果发现,单参方案组除Kessler暖云方案对冰云过程描述不足导致模拟的总云量显著偏高外,其他单参方案和所有双参方案均能模拟出强降水过程中总云量的时空演变特征。从云覆盖率和云水含量的垂直分布特征来看,单参方案组对600 hPa以下中低层暖云的模拟稳定性整体略优于双参方案组;而对200~500 hPa的冰相云模拟结果相反,双参方案组比单参试验组模拟的固水含量更加集中。将各层云覆盖率与CALIPSO云产品的对比也发现,对于低层暖云降水过程,选择如WSM3单参云微物理方案比双参方案得到的模拟云量更加接近实况,而对于以深对流为主要运动特征的冷云降水过程,选择如WDM5或WDM6这样双参云微物理方案模拟得出的高云量值更加稳定,误差也更小。

基于天气类型有效识别的太阳辐射推算方法

基于2010—2011年北京地区逐时辐射及气象资料,提出有效的天气类型识别方法,研究适用于北京地区的水平面直散分离模型并对其进行本地化修正,同时验证目前主流的斜面辐射模型的性能,并建立和评估由各种天气类型对应的最优直散分离与斜面辐射模型级联而成的综合模型。结果表明:水平面直散分离模型中,修正Erbs、修正Liu&Jordan模型的预测误差较小;斜面辐射模型预测精度均与天气类型密切相关;将筛选出的组合直散分离模型的输出作为天气细分后斜面辐射模型的输入进行两级级联,对无直、散辐射观测地区的斜面辐射推算及光伏出力预测等具有指导意义。