通过影响高度多路径质量控制改进热带对流层低层GPS掩星资料同化效果

发布时间：2021-12-19 09:47

　　与观测气象、电离层和气候的GPS卫星计划COSMIC-1相比,COSMIC-2有更大功率的GPS接收天线,高2倍的采样率（100 Hz）,小3倍的轨道倾角（24°）。因此,COSMIC-2和未来小卫星将为热带地区提供前所未有的大量无线电掩星观测资料。因为热带对流层低层水汽含量高,折射率有局地大梯度,违背大气球对称性假定,造成影响多路径现象,所以热带地区的掩星资料同化具有较大挑战性。本文首先利用之前研究中提出的影响参数多路径质量控制方法,去除热带对流层低层弯角模拟中出现影响参数多路径现象的资料,然后使用有限射线长度二维（2D）路径追踪观测算子和一维（1D）Abel变换观测算子,进行GPS弯角资料同化。结果表明,如果射线路径限制在离近地面点±300～400 km的水平距离以内,有限射线长度2D路径追踪观测算子得到的弯角模拟与2D射线追踪观测算子得到的弯角廓线之差不仅无偏,而且其标准差远比1D Abel的弯角模拟精度高。此外,无论采用1D Abel变换还是有限射线长度2D路径追踪观测算子来模拟弯角,影响参数多路径质量控制方案都能进一步改进GPS掩星弯角资料同化和预报精度。 

【文章来源】：大气科学学报. 2020,43(01)北大核心CSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

2012年4月16—30日同化区域内COSMIC弯角观测资料与6 h预报背景场模拟的弯角之间的相对弯角差((O-B)/O，实线)以及与同化分析场模拟的相对弯角差((O-A)/O，虚线)的标准差(a;单位:%)和偏差(b;单位:%)的垂直分布;参与同化的资料量(c;采用±400 km有限射线长度的2 D路径追踪观测算子同化了经过(黑色曲线)或未经过(蓝色曲线)影响参数多路径质量控制的COSMIC掩星资料，以及采用1D Abel观测算子同化了经过(绿色曲线)或未经过(红色曲线)影响参数多路径质量控制的COSMIC掩星资料)

本研究也将模式预报与美国国家环境预测中心(NCEP)业务使用的探空观测资料进行了比较。首先,将COSMIC掩星廓线与探空观测资料进行匹配,匹配的空间距离小于300 km,时间之差小于2 h。图7d展示了探空资料站的空间位置。为了把这些匹配到的探空观测资料作为验证资料,这些探空资料没有被同化到本文提到的4个同化试验中。图8展示了2012年4月17—30日在0000 UTC和1200 UTC起报的24 h和48 h比湿预报与探空比湿观测资料之间的偏差和标准差垂直分布。无论采用有限射线2D路径追踪观测算子还是1D Abel变换观测算子,影响参数多路径质量控制后再进行GPS掩星资料同化对24 h和48 h比湿预报都有正贡献。经过影响参数多路径质量控制并采用有限射线长度2D路径追踪观测算子的GPS掩星弯角资料同化实验得到的比湿场预报相比于探空观测资料的偏差最小,预报精度最高。图7 GPS掩星弯角资料同化中采用1D Abel变换观测算子(a,b)和±400 km有限射线长度2D路径追踪观测算子(c,d)得到的4 8 h总可降水量预报(单位:mm)与ECMWF分析场之间的标准差的水平分布:(a),(c)未加入影响参数多路径质量控制的实验结果;(b),(d)加入影响参数多路径质量控制的实验结果(用于验证预报结果的探空站位置分别在图d中用“x”符号标出)

基于图2—5的结果可以得出如下结论:射线积分范围限制在离射线近地面点水平距离小于200～400 km(15 km影响高度小于200 km,2 km影响高度小于200 km)的2D有限射线长度2D路径追踪观测算子法可应用于影响参数多路径质量控制和GPS掩星资料同化中。4 RO掩星资料同化结果


本文编号：3544198