AIRS资料质量控制对飓风路径模拟的影响试验

对WRFDA模式中AIRS亮温资料质量控制方案进行了检验,并以美国Earl飓风为例进行数值试验,研究了质量控制方案对飓风路径模拟的影响。试验结果表明:WRFDA模式中11条质量控制原则对红外高光谱AIRS亮温资料的同化效果影响很大,不论是加入逐条质量控制原则,还是缺席某条质量控制原则,飓风路径的模拟情况都比不上控制试验;而在所有质量控制原则都加入之后,在大部分模拟时段内同化试验中模拟的飓风路径偏差都要小于控制试验,而且同化试验中最大路径偏差也小于控制试验。不同的质量控制原则对观测资料的过滤能力也不一样,其中地表发射率Jacobian分量检测、临边检测、云检测和SST检测等4个质量控制原则剔除卫星资料数量相对较多。本文中AIRS亮温资料质量控制方案的对比试验,可以为中国发展红外高光谱卫星系统提供非常有益的借鉴和参考。     

GRAPES全球三维变分同化中卫星微波温度计亮温的背景误差及在质量控制中的应用

模式变量背景误差在观测空间的投影,也即观测变量的背景误差包含了变分同化系统的重要信息,其在诊断和分析变分同化系统中资料的影响等方面具有重要作用,特别是在背景场检查质量控制中。在GRAPES全球三维变分同化(3DVar)系统中仅给定了控制变量的背景误差,并未直接给定观测变量的背景误差。为了能够对GRAPES全球3DVar进行全面的诊断和分析,改进卫星微波温度计资料的质量控制,推导出GRAPES全球3DVar同化系统控制变量随机扰动方法估计观测变量的背景误差的公式,为分析和改进GRAPES全球3DVar提供了一个有力工具,并进而估计了AMSU-A亮温的背景误差,分析了AMSU-A不同通道亮温的背景误差特征,将其应用于GRAPES全球3DVar的AMSU-A亮温的背景场检查质量控制中。结果表明,控制变量随机扰动方法估计的GRAPES全球3DVar同化系统AMSU-A亮温的背景误差正确合理。同化循环预报试验结果表明,亮温的背景误差在背景场检查中的应用显著提高了GRAPES全球3DVar同化的亮温资料的数量,显著提高了GRAPES南半球对流层中高层位势高度场的预报技巧。在GRAPES全球3DVar同化系统中推导和实现的控制变量扰动方法为诊断和分析GRAPES全球3DVar观测资料同化效果提供了有力工具。      

多型号地基微波辐射计亮温准确性比对

目前,国内外对于地基微波辐射计的探测能力多从温湿廓线等二级产品级进行考察,其误差包含反演算法和硬件系统两部分的贡献,不易区分。为直接考察硬件系统的观测性能,试验将评估对象前移,直接对一级亮温数据进行比对分析。利用2016年1月-2018年3月中国气象局大气探测试验基地4台地基微波辐射计和业务探空的同址观测数据,以探空数据输入MonoRTM辐射传输模型得到的正演亮温为参考,考察不同天气、不同季节微波辐射计的探测准确性。结果表明:国产与进口设备观测亮温的准确性相当。4台地基微波辐射计实测亮温与模拟亮温相关性较好,相关系数基本超过0.9,均达到0.001显著性水平。晴空条件下,实测亮温较模拟亮温均方根误差平均为2.08~3.75 K;德国辐射计亮温偏差最小,各通道平均偏差为1.08 K,均方根误差平均为2.08 K。亮温偏差在冬季最小,夏季达到最大。建议提高定标准确度并进行质量控制以确保亮温准确性,谨慎使用降水期间辐射计的观测数据。     

微波辐射计亮温观测质量控制研究

针对武汉MP-3000A型微波辐射计,将无线电探空资料代入辐射传输模式(MWCLD),计算出该辐射计各通道的亮温,再与实际观测的亮温值进行对比,通过个例分析该辐射计观测值与计算值的一致性并判断各通道观测值的合理性.分析结果表明:模式计算值与观测值之间有很好的一致性,并且经过偏差订正或线性订正后的数据,可用于检查辐射计在各个通道的运行状态,从而建立有效的针对地基微波辐射计资料的质量控制方案.     

一套基于FY-3B/MWRI观测的热带气旋微波亮温数据集

利用风云三号B星(FY-3B)微波成像仪(Microwave Radiation Imager,MWRI)一级亮温数据和每6 h一次的热带气旋(tropical cyclone, TC)最佳路径数据进行时空匹配,建立了TC微波亮温数据集。该数据集包含了2011—2016年全球六大海盆生成的热带风暴级别以上的TC共计538个,以及对应每个TC的微波十通道亮温和36.50 GHz、89.00 GHz的极化校正亮温度,并简要阐明了该数据集在热带气旋研究方面的潜在应用,尤其对TC生命周期内的微波亮温特征及TC强度变化研究提供了有力的数据支撑。     

基于一维变分算法的地基微波辐射计遥感大气温湿廓线研究

为研究地基微波辐射计遥感温、湿度廓线的一维变分算法的反演能力,用北京地区2010—2011年00和12时(世界时)的多通道地基微波辐射计亮温资料进行试验。首先,利用同时次的地面观测资料、红外亮温(由地基微波辐射计自带红外传感器测得)及探空观测数据,给出提取无云样本的方案,得到432个无云样本;再以辐射传输模式计算得到的模拟亮温为参考,对无云条件下的观测亮温进行质量控制;然后利用探空数据进行模拟试验,结果发现,一维变分算法对3 km以下的温度廓线有较大调整。使反演结果更加接近探空,而对湿度廓线在0—10 km都有不同程度的优化;最后利用一维变分算法对地基微波辐射计观测亮温进行大气温湿廓线反演,将结果与探空对比可以看出,温度廓线的均方根误差小于2.9 K,绝对湿度的均方根误差小于0.47 g/m~3;进一步与地基微波辐射计自带神经网络的反演结果比较表明,一维变分的反演结果更接近实际大气。     

地基微波辐射计探测质量综合分析北大核心CSCD

利用2018年7月至2019年7月上海宝山站地基微波辐射计亮温数据和探空资料,评估微波辐射计的探测质量,并讨论定标、天线罩性能等对探测质量的影响。结果表明:晴空条件下,微波辐射计实测亮温与模拟亮温一致性高,所有通道相关系数均超过0.96,均方根误差为0.15~2.68 K,其中氧气通道的探测准确性高于水汽通道。各通道偏差主要包括随机偏差、系统性偏差和季节性偏差三类,液氮定标能明显减少大部分水汽通道的系统性偏差,但对氧气通道的影响相对较小。更换新型材质天线罩有助于明显降低降水天气各通道的亮温偏差,明显缩短受降水影响后的亮温恢复时长,效果维持4个月左右。     

机载微波辐射计亮温数据中RFI识别方法研究

机载微波辐射计(G-band water Vapor Radiometer,GVR)在使用过程中发现存在无线电频率干扰信号(Radio-Frequency Interference,RFI),为准确使用数据,需对干扰信号进行识别和订正。在分析多种RFI识别方法在GVR数据中的适用性基础上,根据GVR探测及定标原理提出适用于GVR的RFI识别和订正方案。采用该方案对天津市2016年11月20日一次GVR亮温数据进行识别和订正,结果表明,该方法能较好的识别出各通道亮温数据中的RFI信号;RFI存在于多个通道中,时空分布无规律,具有随机性,为干扰源确定带来较大困难;RFI在亮温数据中除少数以孤立点形式存在,多数为连续干扰点,连续干扰点越多,订正效果越差,当连续干扰点较多时建议剔除该部分数据。RFI订正前后的反演结果对比分析表明,多数情况下,RFI的存在使得垂直累积水汽和垂直累积液态水含量值被高估,少数值被低估,单个通道做订正对反演结果的影响不同。     

云雨条件下AMSR2微波成像资料同化试验及其在台风预报中的应用

采用WRF-ARW和WRFDA的3.8版本进行云雨条件下AMSR2(Advanced Microwave Scanning Radiometer 2)卫星微波成像资料的同化试验,并选择2014年7月第9号台风"威马逊"为研究对象,检验同化云雨条件下的AMSR2资料对台风预报结果的影响。结果表明:(1)云雨条件下的质量控制方案所保留的像元明显多于晴空条件下质量控制方案,且亮温模拟结果更加接近观测;(2)云雨影响的加入使得风场、高度场和海平面气压场的模拟结果好于晴空条件下模拟,且对台风中心有增温、增湿的作用。(3)云雨条件下模拟对台风的路径和强度预报均有改善。     

地基微波辐射计工作环境对K波段亮温观测影响

该文研究地基微波辐射计天线性能及其工作环境对K波段20~30 GHz亮温观测数据的影响,根据辐射传输理论和天线性能参数分析建立模型,通过模拟计算给出辐射计20~30 GHz波段亮温观测对天线性能及其工作环境的响应,提出针对工作环境温度变化影响的订正方案,并结合观测资料进行分析验证。结果表明:如果辐射计天线增益和3 dB波束宽度决定的等效主波束效率η_e较低,则即使在能够经常进行辐射计系统液氮定标的情况下也必须考虑天线工作环境 (环境温度与辐射计定标时的情景差异) 对K波段亮温观测的影响。对某一辐射计液氮定标后1年多观测资料的订正验证表明:订正效果明显,尤其是在28.0 GHz和30.0 GHz两通道。     

综合一致性质量控制方法及其在气温中的应用

由于历史逐日气温资料在气候分析、气候变化研究中的基础性作用,其数据质量状况日益受到关注。利用邻近参考站日平均气温、最高气温和最低气温资料及线性回归模型,设计了基于线性回归数据估计方法的质量检查算法,该算法同时包含了时间一致性和空间一致性两种检查方法。通过数据植入误差检测以及与单一空间回归检查方法的比较,该算法的错误数据检测性能较高,可检测出与正确日气温数据相差3℃左右的可疑值。在该算法的基础上,研制了综合一致性数据质量控制方法,该方法具有以下特点:第一类错误发生率较低;保持了时间、内部和空间一致性的逻辑关系;参考了天气因素。因此,与一般的数据质量控制方法相比,综合一致性数据质量控制方法具有较高的错误数据检测性能。经过在华中区域湖北、湖南和河南三省251个站1961—2009年逐日气温资料的应用,取得了较好效果。各要素奇异值检出率平均气温为0.001%,最高气温为0.05%,最低气温为0.04%。     

风云三号卫星微波辐射率资料的质量控制

利用双权重算法对观测增量（卫星观测亮度温度与用辐射传输模式模拟的背景场亮度温度之差）进行质量控制,模式背景场采用的是NCEP再分析资料,观测算子使用的是RTTOV（9．3v）（thefast radiative transfer for （A）TOVS model）。质量控制分两步进行：粗检验和离群值检验,目的是剔除受地表发射率或云影响的离群资料。结果表明：质量控制后观测增量标准差显著减小,偏差接近无偏正态分布,FY-3卫星微波温度探测器辐射率数据的质量得到很大的改善,为FY-3微波温度计观测亮温资料在数值预报资料同化系统中的应用奠定基础。     

我国飞机观测气象资料概况及质量分析

为全面了解我国飞机观测气象资料的时空分布特征和质量状况,该文介绍了AMDAR(Aircraft MeteorologicalData Relay)计划的发展及我国通过AMDAR计划实施获取的飞机观测气象资料(又称AMDAR资料)的时空分布特征,分析了起飞和降落阶段飞机观测所获廓线资料的可用性,并分别对全球AMDAR资料和我国AMDAR资料进行极值检查、空间位置检验和时间一致性检验,对我国AMDAR资料错误率的月值变化和垂直分布特征进行了分析。结果表明:我国三分之二的AMDAR资料集中在飞机的起飞和降落阶段,并主要集中在我国中东部地区;利用我国AMDAR资料制作的廓线垂直分辨率大部分高于10 hPa。我国AMDAR资料的气温错误率低于全球水平,但风速错误率高于全球水平,错误资料主要集中在近地面层。从2008年开始,我国AMDAR资料的质量状况较往年有了明显改善,风速错误率一直维持在1.3%以下,气温错误率维持在0.2%以下。总体来说,我国AMDAR资料已成为我国高空气象观测资料的重要组成部分,资料质量稳定,具有较高的应用价值。     

自动站小时气温数据的质量控制系统研究

逐小时自动站数据对于气象灾害预警、决策服务及预报预测等十分重要。以国家级自动站小时观测气温数据为基础,分析研究了小时气温数据的疑误形式,针对各种疑误数据,利用国家级台站建站以来的日最高、日最低以及4时次(北京时02点、08点、14点、20点)定时观测气温数据,研制形成了适用于中国自动站(区域站和国家站)逐小时气温数据质量控制系统,并将此系统应用到2006-2010年中国27000多自动站小时气温观测数据中。结果表明：区域站的正确率、可疑率、错误率分别为99.43 %、2.24 ‰和3.45 ‰,国家站则分别为99.82 %、1.27 ‰和0.49 ‰;区域站和国家站数据的可疑率相当,但国家站错误率明显比区域站低一个量级。通过历史数据质量控制结果的分析,证明自动站气温质量控制系统设计合理,可以判断出错误和可疑数据,具有可用性。     

苏皖地面自动站资料的质量控制及结果分析

利用江苏和安徽2012—2014年151个国家站及2 600个区域站资料,对各类自动站资料的质量及其控制方法进行初步探讨。采用缺测资料统计、气候界限值检查、气候极值检查、内部一致性检查、二次迭代的空间一致性检查、时间一致性检查、持续性检查及综合决策算法分别对国家站和区域站资料进行系统的质量控制,并根据质量控制结果进行可疑站点的标记。结果显示:国家站各要素资料缺测率远低于区域站,且资料质量总体上均明显优于区域站;自动站各要素中温、压要素的质量最好,其次是相对湿度;除了空间一致性检查中风场资料的检查结果差别不大外,其余检查中区域站资料的未通过率均远高于国家站资料;将错误资料及可疑站点信息进行及时反馈,能改善实时资料质量,并为相应测站的检修与维护提供依据。     

Development and initial assessment of a new land index for microwave humidity sounder cloud detection

This paper describes a new quality control (QC) scheme for microwave humidity sounder (MHS) data assimilation. It consists of a cloud detection step and an O–B (i.e., differences of brightness temperatures between observations and model simulations) check. Over ocean, cloud detection can be carried out based on two MHS window channels and two Advanced Microwave Sounding Unit-A (AMSU-A) window channels, which can be used for obtaining cloud ice water path (IWP) and liquid water path (LWP), respectively. Over land, cloud detection of microwave data becomes much more challenging due to a much larger emission contribution from land surface than that from cloud. The current MHS cloud detection over land employs an O–B based method, which could fail to identify cloudy radiances when there is mismatch between actual clouds and model clouds. In this study, a new MHS observation based index is developed for identifying MHS cloudy radiances over land. The new land index for cloud detection exploits the large variability of brightness temperature observations among MHS channels over different clouds. It is shown that those MHS cloudy radiances that were otherwise missed by the current O–B based QC method can be successfully identified by the new land index. An O–B check can then be employed to the remaining data after cloud detection to remove additional outliers with model simulations deviated greatly from observations. It is shown that MHS channel correlations are significantly reduced by the newly proposed QC scheme.     

地图图形数字化中的坐标转换

讨论了气候应用专用数据库气温,降水,日照时数等常用气象资料进行质量检验的必要性,介绍了基本质量控制,时间一致性检验和空间质量控制的思路,方法和步骤。     

中国地基GNSS/MET水汽产品质量控制及与再分析产品的对比评估

本文研究并提出中国地基全球导航卫星系统（GNSS）水汽产品的综合质量控制（CQC）算法。CQC算法由质量检查和综合决策两个环节组成。质量检查环节主要对待检观测数据与其参考数据的差异进行分析,包括界限值检查、考察时间一致性的临近点检查和低通滤波检查,考察空间一致性的邻近站检查、距平值检查和峰谷值检查,以及基于背景场的粗大误差检查等7个模块。每个检查标记出超过阈值的观测数据,随后利用综合决策算法对数据的标记情况进行综合评分,最终给出数据的质量控制码。基于质量控制后的数据,评估了中国第一代全球大气再分析产品（CRA）、ERA-Interim和ERA5等五套再分析数据在中国地区的水汽模拟效果。结果表明几套再分析资料模拟的大气可降水量（PWV）在冬季整体略高于观测,夏季则明显低于观测。在空间上,中国南方地区和西部地区模拟的PWV低于观测,这种情况在夏半年更加明显。相对于观测,CRA的平均偏差（O?B）为0.633 mm,均方根误差为3.650 mm。CRA相对于观测的误差略高于ERA5,但略低于ERA-Interim,明显优于JRA55和NCEP2结果。