ATOVS微波湿度计MHS资料在GRAPES-GFS模式中的同化应用技术研究

发布时间：2020-05-10 20:43

【摘要】：气象卫星的遥感资料可提供全球的高时空分辨率大气观测信息,能极大地提高数值天气预报的水平,因此卫星观测资料的同化研究越来越受到重视。微波辐射能够穿透非降水云,探测到云内部的大气湿度信息,得到水汽含量和分布信息,这对云的识别和降水预报非常关键,所以微波湿度计资料的同化应用研究具有重要意义。湿度是最弱的高斯型和最小的均匀各向同性的背景误差的分析变量,且湿度对温度相当敏感,使湿度资料的研究存在困难和巨大挑战。我国自主研发的数值天气预报模式-GRAPES还未深入开展水汽资料的研究工作。本文对微波湿度计(Microwave Humidity Sounder-MHS)资料在GRAPES-GFS中的同化应用进行研究。针对MHS资料云检测方法,文章引入Bennartz散射因子方法和GSI同化系统中液态水路径指数方法,对这两种方法在GRAPES模式的阈值进行了试验确定；同时,结合GRAPES模式现有的窗区通道云检测方法,根据数学中“排列组合”概念,将其拓展为11种方案,分析各方案的检测效果；此外,在对比云图主观分析检测效果的基础上,提出了客观的云检测效果评估标准,探讨了微波湿度计云检测效果客观评估方法。然后,结合Harris and Kelly的TOVS辐射偏差订正方案,针对水汽资料的特性和影响因素,对气团偏差订正中预报因子的选择提出了三种方案,试验和比较分析结果表明：模式初估场水汽总量作为微波湿度计偏差订正的预报因子对偏差订正效果是有积极作用的,建立了适用于GRAPES-GFS MHS的偏差订正方案。同时,将双权重算法引入GRAPES-GFS同化系统,对MHS辐射率资料进行质量控制。最后,探究水汽资料对GRAPES-GFS模式预报效果的影响,设计了控制实验和两组对比试验,结果表明：微波湿度计资料对湿度场的预报具有积极作用,尤其在MHS主探测通道所在高度层效果最明显,水汽资料对其他物理量场的同化效果呈中性；同时,论文对MHS资料所做的研究工作改善了水汽资料在GRAPES全球模式中的同化分析场,对MHS资料的同化应用有重要意义。
【图文】：

权重函数,通道,资料同化,星下点

的垂直分布（图２．１），其中权重函数在某大气大。权重函数的分布情况是资料同化过程中通表２－２ＮＯＡＡ１８微波湿度计（ＭＨＳ）的光谱通率￣极向（垂直￣￣星下点分￣ＮＥＤＴ（度）￣￣ｚ）逦Ｖ／水平Ｈ）邋辨率（ｋｍ）逦Ｖ逦１５逦＾０逦Ｖ逦１５逦０．３７１±１逦Ｈ逦１５逦０．５５逦Ｈ逦１５逦０．４２３１逦Ｖ逦＾

云检测,标准差,晴空,偏差

曰期逡逑图４．１邋２０１３年５月７日一１３日ＭＨＳ邋＂晴空＂资料比例随时间的变化逡逑进一步统计了经过阔值取５７邋＞１０云检测前后Ｂ－０的偏差（图４．２邋（ａ））和标准差（图逡逑４．２化））随时间的变化。可Ｗ直观地看出云检测后所有通道Ｂ－０的偏差和标准差都减小，逡逑并随时间变化稳定：标准差淮持在２Ｋ左右。综合上述因素考虑，ＧＲＡＰＥＳ－ＧＦＳ模式中逡逑Ｂｅｎｎａｒｔｚ散射因子云检测方法的阔值为５７邋＞邋１０。逡逑１６逡逑
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P407.7

【参考文献】