基于卫星微波探测资料的青藏高原温度变化趋势研究

发布时间：2020-08-11 23:01

【摘要】：本文首先利用1982-2016年的MSU/AMSU-A亮温资料,分析了青藏高原地区对流层上层温度的气候趋势及其演变特征,并利用ERA-Interim和NCEP-R2再分析资料的相应高度大气温度资料进行了对比分析。结果表明,青藏高原地区对流层高层亮温序列总体表现为逐渐增暖的趋势,这与再分析资料的对应层次大气温度变化有很好的相似性。基于集合经验模式分解方法(EEMD)的非线性趋势分析表明,青藏高原地区对流层上层增温首先出现在青藏高原中部,随着时间演变,增温现象逐渐向青藏高原四周扩散,最后在整个地区都出现了一致增温现象。相比于NCEP-R2再分析资料而言,ERA-Interim再分析资料300 hPa大气温度的演变趋势与观测亮温有很好的相似性,而NCEP-R2再分析资料的300 hPa高度大气温度在前20年表现为明显的降温特征,在最近10年才出现了增温现象,与以上两种资料存在较大差异。为了进一步探讨亮温资料中区域增温中心的形成原因,论文利用AMSU-A多通道资料分析增温趋势的垂直演变特征。为了避免星间偏差的影响,采用了生命史最长的NOAA-15单个卫星的AMSU-A资料。在轨道漂移订正的基础上,本文探讨了AMSU-A不同通道亮温的气候趋势演变特征,结果表明:高原地表存在两个显著的升温中心,在垂直方向上由地面增温逐渐影响高空大气温度。NCEP-R2再分析资料在青藏高原地区主要是地面增温为主,这与卫星资料具有高度的一致性;而ERA-Interim再分析资料在高原区域升温大值区集中在300 hPa高度上下,存在明显的差异。所以,在同一高度上,ERA-Interim再分析资料更具有适用性和参考性,而从垂直方向上来看,NCEP-R2再分析资料更具普遍性和准确性。
【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】：2019
【分类号】：P423.3;P407.7
【图文】：

图 2.1 辐射传输模式（CRTM）根据标准大气计算得出的各通道权重函数随高度的分布情况（（a）：MSU 通道 2/AMSU-A 通道 5；（b）：MSU 通道 3/AMSU-A 通道 7；（c）：MSU 通道 4/AMSU-A 通道9）2.2 NOAA-15（AMSU-A）亮温资料由于高原独特的地形特点以及其自身恶劣的气候条件等的限制，气象观测站无法达到高度的普及；而传统的再分析温度资料来源于常规观测资料，经过模式和统计插值得到空间连续的格点数据。但由于高原西部站点的稀疏，其效果很难达到最优。NOAA-15可以提供几乎全天时（仅在出现强降水的天气情况下会受到一些干扰）、全天候、全球覆盖的亮温观测数据，可以成为一种极其重要的可替代数据源。NOAA-15（AMSU-A）是一种跨轨道仪器，每次扫描有 30 个 FOV（Field Of Views），其宽度约为 2300km，从最低点开始的最大扫描角为±48.3°，FOV 为 15 和 16 时具有1.67°的近天底角，其空间分辨率约为 48km。NOAA-15（AMSU-A）提供了 12 个温度

图 3.1.1 青藏高原区域 MSU/AMSU-A 对流层上层季节平均的亮温(单位：K)空间分布图。(a)表示春季，(b)表示夏季，(c)表示秋季，(d)表示冬季；图中黑色粗实线为 3000 米地形高度等高线）(单位：K)3.1.2 高原地区线性趋势温度的长期线性趋势变化也得到了很多前人的重视[68-70]。为了便于与以往研究进行对比，首先给出了青藏高原地区区域平均的 MSU/AMSU-A 对流层上层通道亮温逐月距平及其线性趋势结果，同样给出了两种再分析资料的大气温度对应结果。这里的高原地区定义为 15°N-50°N，60°E-120°E 区域内地形高度大于 3000 m 的地区。图 3.1.2 是1982-2016 年 MSU/AMSU-A 亮温观测资料和两种再分析资料（1982 年 1 月至 2016 年12 月）的温度距平及其线性趋势。根据对流层上层通道的权重函数峰值位置，选取了再分析资料 300 hPa 高度的大气温度作为对比资料。拟合前资料都去除了年际变化。从图中可以看出，无论是卫星资料、探空资料还是再分析资料，高原地区高空大气温度变化

第三章 MSU/AMSU-A 亮温资料揭示的青藏高原对流层高层温度气候趋势其他资料，300 hPa 的大气层的增温速率为 0.07 K·(10a)-1。虽然对流层上层的亮温并不能完全等同于 300 hPa 的大气温度，但是亮温是由 300 hPa 附近的大气温度不等权重组合而成，其增温趋势与大气温度的趋势有很好的相关关系。而且从增温速率上看，亮温资料与探空观测资料差异最小，且与 ERA-Interim 资料具有很好的一致性，而 NCEP-R2资料与亮温序列存在显著差异，其增温速率明显偏慢。Zou 等人[58]研究表明全球平均的对流层温度增幅为 0.18 0.05 K·(10a)-1； Fu 等人[62]对 MSU 数据进行再次处理并消除了平流层对数据的影响，得到 1979-2001 年全球对流层的增温趋势为 0.18 K·(10a)-1。高原地区对流层上层的温度变化率与全球平均结果具有很好的一致性，均趋于升温，只是高原对流层上层的整体升温趋势值相对较大。

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本文编号：2789675