發(fā)布時間：2020-05-15 14:30

【摘要】：進行數值天氣預報不可缺少的條件是通過氣象資料來提供空間大氣的動力學、熱力學結構和狀態(tài)。與常規(guī)資料相比,衛(wèi)星資料在空間范圍、分辨率、時空一致性等方面具有很大優(yōu)勢,因此,如何有效地結合衛(wèi)星觀測資料,提高數值預報的準確性,是一個有意義的研究課題。大氣氣溶膠是產生大氣污染問題以及影響氣候變化的重要因素,為了推動氣溶膠衛(wèi)星產品在大氣化學成分模擬及大氣環(huán)境預報方面的應用,本文采用三維變分同化方法,結合WRF-Chem大氣化學模式,建立AOD觀測算子,構建氣溶膠光學厚度(AOD)資料直接同化系統(tǒng)。并設計同化試驗,分析同化結果以及對預報效果的改進。本文的主要研究成果及結論：(1)使用美國NMC方法,模擬構造的針對中國區(qū)域的各氣溶膠變量的背景誤差協方差矩陣,較好反映了各個氣溶膠變量背景誤差的垂直特征：誤差標準差與氣溶膠粒子種類以及高度密切相關；各變量在邊界層是局地性非常強的量,邊界層大氣(1-2km處)觀測對分析的影響主要集中在觀測位置周圍的局部格點。(2)構建了AOD資料三維變分同化系統(tǒng)：結合CRTM輻射傳輸模式,建立AOD觀測算子；同時將構造的氣溶膠背景誤差協方差矩陣應用到該同化系統(tǒng)中,使用氣溶膠模式變量作為分析和控制變量,直接進行14種氣溶膠變量三維質量濃度場的最優(yōu)化分析。(3)完成了MODIS AOD和我國FY-3A/MERSI AOD資料同化試驗研究,結果表明：AOD衛(wèi)星觀測資料同化對背景場起到了較好的調整作用,經過同化之后的分析場AOD分布與衛(wèi)星實際觀測更為接近,其中同化FY-3AAOD資料對背景場的調整作用優(yōu)于MODIS.同化分析對500hpa以下的消光系數改善較明顯,其中在750hpa (2km)高度以下的調整作用最大,改善效果很大程度上取決于同化產生正效應的觀測點的地理位置。(4)同化系統(tǒng)較好的將實際觀測信息調整到了模式的背景場之上,改善了模式的初始場,對數值預報產生了積極的效果。相比于控制試驗,同化之后AOD的預報場與衛(wèi)星實際觀測更接近；AOD 24小時預報時序更能體現AOD的變化趨勢,預報結果與AERONET觀測網的實測更加吻合。其中FY-3A資料的同化對模式AOD預報能力的改進在我國西部和北部站點上比同化MODIS資料效果更好。
【圖文】：

東化地區(qū)是全球氣解膠NB值區(qū)么一，由于擁巧全球里要的沙塵氣解膠源地Ｗ及密集類活動，因而無論是對自然源還是人為源氣溶胺的研究都具々？重要意義［５１］。本文選擇中國、韓國、曰本、中W臺灣等在內的東業(yè)地區(qū)作為研究區(qū)，巧經紳度范兩為７０°邋Ｅ￣１５（Ｔ逡逑，０。Ｎ￣６０。Ｎ。如圖邋３．１邋所示。逡逑

ＮＣＥＰ開發(fā)建立的ＧＳＩ同化系統(tǒng)中，，進行對紅外和微波福射率資料的直接同化。本論文中逡逑對氣溶膠ＡＯＤ蘭維變分同化所使用的觀測算子即在該模式基礎上建立。逡逑圖３．５描述的是ＣＲＴＭ模式主要組成結構口６］，其主要由前向模塊、切線性模塊、伴隨逡逑模塊及Ｋ矩陣模塊組成。其中主要功能模塊包括：下墊面發(fā)射和反射模型（Ｓｕｒｆａｃｅ逡逑Ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ／Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ邋Ｍｏｄｅｌ邋）、氣煉膠吸收和散射模型（Ａｅｒｏｓｏｌ邋Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ／Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ逡逑Ｍｏｄｅｌ）、云吸收和散射模型（Ｃｌｏｕｄ邋Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ／Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ邋Ｍｏｄｅｌ）、分子散射模型（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ逡逑Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ邋Ｍｏｄｅｌ）和氣體吸收模型（Ｇａｓｅｏｕｓ邋Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ邋Ｍｏｄｅｌ似及福射傳輸方程求解模型逡逑（ＲＴ邋Ｓｏｌｕｔｉｏｎ邋Ｍｏｄｅｌ）。下墊面發(fā)射和反射模塊針對海洋、海冰、雪、植被（裸±）、沙漠等逡逑不同的下墊面類型有相應的算法來計算來自下墊面的福射發(fā)射率和反射率；云和氣溶膠的逡逑吸收散射模型主要用來汁算云或氣溶膠粒子的光學特性；氣體吸收模塊用來計算大氣的吸逡逑收系數或大氣透射率、福射傳輸方程求解模塊主要用于[射傳輸方程的求解過程。逡逑其中，ＣＲＴＭ模式對于云、氣溶膠粒子ｙｉ？及分子散射效應的考慮均基于米（Ｍｉｅ）散射逡逑埋論，通過查找表來得到散射系數和相函數，而光學參數均通過米散射理論用分布函數計逡逑算，諸如消光系數、單散射率等參數事先計算做成查詢表，依據粒子的平均大小和含水量
【學位授予單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P412.27;P456.7

【共引文獻】

相關期刊論文 前9條

1 李紅莉;崔春光;王志斌;;LAPS的設計原理、模塊功能與產品應用[J];暴雨災害;2009年01期

2 徐星生;肖安;萬明;張娟娟;;快速更新循環(huán)同化在江西暴雨數值模擬中的應用[J];氣象與減災研究;2011年03期

3 郭銳;張國平;李澤椿;;對于一次川渝暴雨的ATOVS資料同化數值模擬[J];大氣科學學報;2010年05期

4 閔錦忠;孔瑩;楊春;鮑艷松;;衛(wèi)星輻射率資料EnSRF同化及暴雨模擬應用[J];大氣科學學報;2012年03期

5 杜平萍;劉姝妹;姜紅霞;;2011年“0731”遼源局地暴雨過程分析[J];科技視界;2013年26期

6 周雪松;;魯南一次鋒面附近局地特大暴雨成因分析[J];氣象科技;2008年04期

7 張入財;陸漢城;付偉基;王亮;陳紅霞;;地面資料同化的颮線數值模擬及中尺度特征分析[J];氣象科學;2009年01期

8 郭銳;李澤椿;張國平;;ATOVS資料在淮河暴雨預報中的同化應用研究[J];氣象;2010年02期

9 蘇捷;朱克云;張杰;;RTTOV散射模塊在FY-3MWHS資料同化中的應用[J];氣象;2013年11期

相關會議論文 前2條

1 黃江平;董佩明;張文軍;劉君;;衛(wèi)星資料循環(huán)同化方案對區(qū)域數值預報效果影響分析[A];第28屆中國氣象學會年會——S2風云衛(wèi)星定量應用與數值[C];2011年

2 仲躋芹;陳敏;范水勇;張朝林;;AMDAR資料在北京數值預報業(yè)務系統(tǒng)中的同化應用[A];第八屆全國優(yōu)秀青年氣象科技工作者學術研討會論文匯編[C];2014年

相關碩士學位論文 前9條

1 陶俞鋒;AMSU輻射率資料在暴雨預報中直接同化研究[D];南京信息工程大學;2011年

2 楊春;WRF-EnSRF衛(wèi)星資料同化系統(tǒng)構建及應用研究[D];南京信息工程大學;2011年

3 申培魯;中尺度模式MM5本地化應用研究[D];蘭州大學;2007年

4 孔瑩;WRF-EnSRF同化ATOVS輻射率資料的實現與應用研究[D];南京信息工程大學;2012年

5 曹曉沖;風云三號衛(wèi)星微波溫濕資料三維變分同化試驗研究[D];南京信息工程大學;2012年

6 付辰龍;風云三號衛(wèi)星成像儀資料反演與同化的觀測系統(tǒng)模擬試驗[D];南京信息工程大學;2013年

7 楊袁慧;土壤濕度對衛(wèi)星輻射率資料直接同化的影響研究[D];南京信息工程大學;2013年

8 王曉麗;風云三號衛(wèi)星微波溫度資料偏差訂正及同化試驗研究[D];南京信息工程大學;2013年

9 朱煜;MM5模式山西本地化研究[D];電子科技大學;2012年

本文編號：2665183