紅外高光譜晴空通道云檢測在變分同化中的應用研究.pdf

1、數(shù)值天氣預報技術(shù)的實時化和精細化發(fā)展對大氣觀測提出了新的要求。大氣紅外探測器(AIRS)作為大氣層垂直探測儀器，每天可提供四次全球觀測，具有高空間分辨率、高光譜分辨率和高輻射分辨率的特點。
　　AIRS的通道數(shù)量多達2378個，直接進行同化會對系統(tǒng)帶來巨大的計算壓力。其通道之間的高相關(guān)性也會對同化效果造成負效應。因此，針對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。在紅外高光譜資料同化觀測算子空間插值轉(zhuǎn)換算法的設(shè)計中，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導致通道 Jacobian廓線在不同垂直坐標插值中出現(xiàn)了振蕩現(xiàn)象，本文通過引入分段線性對數(shù)插值方法，改善了插值后Jacobian廓線的性狀。
　　由于云對于紅外輻射而言可以近似看做黑體，而AIRS完全無云的觀測視場只占全部視場的10％左右，因此云檢測是資料用于同化之前不可缺少的關(guān)鍵步驟。而對于紅外高光

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

4、題，本文設(shè)計了新參數(shù)，使得改進后計算得到的通道高度精確到小數(shù)點兩位。另外對于晴空通道搜索算法中的低冷情況的判斷進行了完善優(yōu)化，通過加入新的判定條件，修正了其錯誤判定晴空視場的現(xiàn)象。
　　本文在設(shè)計搭建了一套同化預報試驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對晴空通道和晴空視場兩種云檢測方法從云檢測效果、分析場、預報場和臺風路徑進行了對比。結(jié)果表明：(1)晴空通道云檢測中高層通道(chan1766，6600個)進入同化系統(tǒng)的FOV數(shù)目大于低層通道(chan