紅外高光譜晴空通道云檢測(cè)在變分同化中的應(yīng)用研究.pdf

1、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)技術(shù)的實(shí)時(shí)化和精細(xì)化發(fā)展對(duì)大氣觀測(cè)提出了新的要求。大氣紅外探測(cè)器(AIRS)作為大氣層垂直探測(cè)儀器，每天可提供四次全球觀測(cè)，具有高空間分辨率、高光譜分辨率和高輻射分辨率的特點(diǎn)。
　　AIRS的通道數(shù)量多達(dá)2378個(gè)，直接進(jìn)行同化會(huì)對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)巨大的計(jì)算壓力。其通道之間的高相關(guān)性也會(huì)對(duì)同化效果造成負(fù)效應(yīng)。因此，針對(duì)紅外高光譜的輻射傳輸模式出現(xiàn)了一些新方法。本文以適合于紅外波段的輻射傳輸方程為基礎(chǔ)，研究了AIRS通道的權(quán)重函

2、數(shù)分布特點(diǎn)。在紅外高光譜資料同化觀測(cè)算子空間插值轉(zhuǎn)換算法的設(shè)計(jì)中，由于AIRS通道間權(quán)重函數(shù)分布較密、銳度較大，原有的線性插值算法會(huì)導(dǎo)致通道 Jacobian廓線在不同垂直坐標(biāo)插值中出現(xiàn)了振蕩現(xiàn)象，本文通過(guò)引入分段線性對(duì)數(shù)插值方法，改善了插值后Jacobian廓線的性狀。
　　由于云對(duì)于紅外輻射而言可以近似看做黑體，而AIRS完全無(wú)云的觀測(cè)視場(chǎng)只占全部視場(chǎng)的10％左右，因此云檢測(cè)是資料用于同化之前不可缺少的關(guān)鍵步驟。而對(duì)于紅外高光

3、譜資料而言，直接丟棄受云污染的視場(chǎng)資料會(huì)造成巨大浪費(fèi)。基于晴空通道的云檢測(cè)方案可以識(shí)別視場(chǎng)中的晴空通道，因而避免了資料浪費(fèi)并給同化系統(tǒng)帶入了云頂之上的大氣信息。目前 WRFDA中云檢測(cè)方案包含了基于晴空視場(chǎng)的NESDIS-Goldberg云檢測(cè)方案，本文在詳細(xì)論述晴空通道云檢測(cè)方案各組成部分原理的基礎(chǔ)上，完成了晴空通道云檢測(cè)算法與 WRFDA系統(tǒng)的對(duì)接。針對(duì)原有晴空通道云檢測(cè)理論中通道高度計(jì)算較為粗略、不同通道指定的通道高度可能相同的問(wèn)

4、題，本文設(shè)計(jì)了新參數(shù)，使得改進(jìn)后計(jì)算得到的通道高度精確到小數(shù)點(diǎn)兩位。另外對(duì)于晴空通道搜索算法中的低冷情況的判斷進(jìn)行了完善優(yōu)化，通過(guò)加入新的判定條件，修正了其錯(cuò)誤判定晴空視場(chǎng)的現(xiàn)象。
　　本文在設(shè)計(jì)搭建了一套同化預(yù)報(bào)試驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)晴空通道和晴空視場(chǎng)兩種云檢測(cè)方法從云檢測(cè)效果、分析場(chǎng)、預(yù)報(bào)場(chǎng)和臺(tái)風(fēng)路徑進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明：(1)晴空通道云檢測(cè)中高層通道(chan1766，6600個(gè))進(jìn)入同化系統(tǒng)的FOV數(shù)目大于低層通道(chan