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AIRS晴空大气温度廓线反演试验 总被引：11，自引：1，他引：10
2002年5月发射的Aqua是美国地球观测系统中的第2颗卫星EOS-2(Earth Observing System),它携带的大气红外探测仪AIRS(Atmospheric Infrared Sounder)是目前国际上最先进的超高光谱分辨率红外大气垂直探测仪.1200的光谱分辨率和全球覆盖能力使其可以观测全球大气状态及其变化.对其超高光谱分辨率资料的处理和应用的研究既有科学意义,又有实用价值.利用AIRS实际观测资料反演大气温度,本文使用的是便于处理大数据量的统计反演方法中的特征向量法,计算回归系数使用的是AIRS观测辐射值和T213数值预报分析场.本文从通道个数、地形及地表发射率影响、增加预报因子、国外同类产品比较等4个方面进行了大气温度反演试验研究.研究结果表明:(1)在利用超高光谱分辨率仪器进行反演时,合理选择通道是非常必要的;(2)AIRS反演的大气温度在对流层顶和中上层具有较高的精度,在对流层低层,尤其是近地面反演精度不够理想;(3)增加地表温度,地表发射率和地形3个预报因子,可以提高近地面的反演精度;(4)文中反演的大气温度精度与国外同类产品精度基本一致. 相似文献
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利用人工神经网络方法反演大气温度廓线 总被引：5，自引：0，他引：5
高光谱大气红外探测仪AIRS(Atmospheric Infrared Sounder)资料能够显示小尺度的大气温度垂直结构,为数值预报和天气诊断提供了更加准确精细的初始场.目前处理数据主要使用晴空大气业务反演国际MODIS/AIRS处理软件包IMAPP (International MODIS/AIRS Preprocessing Package)中的特征向量统计回归算法,由于统计法算法简单,反演精度受到较大限制.现提出一种利用人工神经网络的算法来对晴空状况下AIRS模拟辐射值进行大气温度廓线反演的方法,并与特征向量统计法结果相比较.结果表明,神经网络方法与特征向量统计法反演所耗时间相当,减小了反演误差,各高度层温度反演精度均有不同程度的改进,获得了较好的反演结果. 相似文献
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高光谱大气红外探测仪(AIRS)反演大气不稳定度指数在强对流天气个例中的应用试验 总被引：1，自引：0，他引：1
使用探空、NCEP-FNL,数据和高光谱分辨率大气垂直探测仪(AIRS)标准反演数据计算大气不稳定度指数,对2011年6月23日北京强对流天气发生前的本地及上游大气中不稳定能量进行分析研究。分析发现:利用08、14和20时探空数据计算的北京站不稳定度指数显示了在"6·23暴雨"过程发生前后北京上空不稳定能量变化,上游关键区无探空数据;利用NCEP和AIRS数据计算的不稳定度指数显示,强对流天气发生前,在北京的上游关键区大气处于极端不稳定状态(K指数大于40,SI指数小于一5),有利于强对流天气发生。文章的研究结果表明,探空数据时空分辨率较低,不利于监测强对流天气的发生;质量控制后AIRS数据计算的不稳定度指数可以监测对流天气的发生;空间分辨率较低的NCEP数据监测小范围大气不稳定层结能力较低。综上所述,AIRS反演产品具有弥补探空资料时空分辨率不足的优势,利用AIRS L2反演产品计算晴空大气不稳定度指数产品可以监测到"6·23暴雨"天气发生前上游关键区大气层结稳定度状态,为预报员决策提供有效的辅助信息。 相似文献
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利用黄土高原地区加强观测期探空资料和大气红外探测器(Atmospheric Infrared Sounder,AIRS)反演的温度、相对湿度廓线资料,评估了AIRS反演产品在黄土高原的适用性,以及利用AIRS温度廓线计算边界层高度的可行性。结果表明,各种边界层高度计算方法相关性显著,平均高度差异一般不超过200 m;Richardson数临界值的选取对确定边界层高度的影响不大。AIRS反演的大气温度和相对湿度均能很好地反映环境温湿的变化;温度平均偏差在±1 K以内,均方根误差一般不超过2 K;AIRS反演的地面气温误差相对较大,平均偏差和均方根误差分别为-1.68 K和3.32 K,并且会影响边界层高度的确定;AIRS相对湿度平均偏差在±10%以内,均方根误差不超过20%。利用Parcel法估计的边界层高度结果显示,根据AIRS反演的温度廓线确定的AIRS边界层高度低于利用探空观测资料确定的边界层高度,但能较好地再现边界层高度的变化,在没有探空数据时,可以用AIRS反演的温度廓线确定边界层高度。 相似文献
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利用AIRS(Atmospheric Infrared Sounder)实际观测资料和采用特征向量反演方法,研究了非红外遥感因子对红外遥感大气温湿廓线反演的辅助作用。这些因子包括：微波探测通道、纬度、地形、表面高度、表面温度、表面气压等。试验结果表明,微波通道可以明显改善对流层中低层(800 hPa以下)温度和湿度的反演结果,对800 hPa以上没有明显的作用。划分纬度带有助于提高反演精度。在较平坦的地区温度反演的均方根误差远远小于地形起伏较大的地区。而水汽反演误差对地形变化不敏感。增加附加影响因子对改善对流层中低层温度反演精度有十分明显的作用,对中低层湿度反演精度有一定的改善。 相似文献
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该文介绍了利用搭载在FY-3A卫星上的中分辨率光谱成像仪 (MERSI) 的近红外 (NIR) 通道反演大气水汽总量 (PWV) 的方法。根据预先建立的查找表,大气水汽总量可以通过水汽通道与窗区通道的卫星测值相比反演得到。对MERSI近红外水汽通道灵敏度进行估算,结果表明:处于吸收带两翼的905 nm和980 nm通道对不同水汽量的敏感性表现比较接近,对较大水汽含量最为敏感;当水汽较弱时,强吸收的940 nm通道非常敏感。基于这3个通道对水汽含量敏感性的不同表现,采用3个通道水汽总量的加权平均值作为PWV产品的最终反演值。文中设计了水汽总量业务算法反演流程,并基于FY-3A/MERSI最新观测资料进行晴空大气水汽总量的业务处理生成试验,顺利生成MERSI单轨道水汽总量产品及日拼图中国区域产品和全球产品,同时生成多天合成产品,产品反映出MERSI具有较好的近红外水汽探测能力。将卫星反演结果与探空数据进行初步比对检验,显示卫星反演值有20%~30%系统性偏低,需要进一步改进反演查找表。 相似文献
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近红外波段 (1.6 μm) 遥感可探测大气CO2含量信息,应用于碳循环研究中。宽波段、高分辨率不但对仪器研制是一个挑战,而且巨大的数据量对观测的正演、反演也是一个挑战性课题。该文应用自由度及信息量分析法,对近红外高光谱波段中探测通道进行CO2信息量分析,选择前20~100个高信息量的CO2探测通道,并进行了反演模拟测试。结果表明:前20个高信息量通道占所有通道总信息量的76.4%,仅用所选的前20个通道进行反演,与所有通道参加反演的结果相比,误差增加0.3×10-6;通道数增至60时,信息量增加,通道数再增加,信息量则增加不显著;CO2反演误差存在相似的关系。在高CO2信息量分布上,弱吸收性质的1.6 μm波段和强吸收性质的2.06 μm波段表现出不同特点。 相似文献
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大气红外探测器(AIRS)温、湿度反演产品的有效性检验及在数值模式中的应用研究 总被引：6，自引：0，他引：6
利用中国540个地面气象观测站点资料,对1和7月大气红外探测器(AIRS)的反演中国区域地面气温精度做了详细评估,分析了产生误差的原因。同时把AIRS的反演温、湿度廓线产品与T213数值预报产品进行比较,分析了它们之间的差异。为进一步考察AIRS温、湿度产品的有效性,我们把经过订正的AIRS地面气温以及温、湿度廓线产品分析同化到中尺度模式MM5中,用于华北降雪天气过程的对比模拟试验,分析AIRS反演产品对降雪量、水汽场、垂直速度场、散度场以及云物理过程等的影响。 相似文献
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采用主分量分解数据压缩技术和基于误差反传学习算法的三层前馈神经网络(BP神经网络),使用AUQA/AIRS(Atmospheric Infrared Sounder)高光谱分辨率红外观测资料,对不同光谱通道组合,在中纬度复杂地形上反演了垂直空间分辨率为1 km的大气温度廓线,并与相匹配的ECWMF分析场资料进行了比较。结果表明,从AIRS资料能够获得1 K/km垂直分辨率的对流层温度反演精度。但是青藏高原对反演结果有明显的影响,并且这种影响与光谱波段有关。消除这种影响的途径之一是增加非卫星观测的附加预报因子。同时改进了神经网络反演策略,采用逐层反演的方法,缩短了所需要的网络训练时间。 相似文献
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不同温室气体排放情景下未来中国地面气温变化特征 总被引：2，自引：1，他引：1
闫冠华李巧萍邢超 《南京气象学院学报》2011,34(1):36-46
由于高光谱大气红外探测器（AIRS）有2378个通道,如何从众多的通道中提取主要的有用信息。针对这点,文中提出了基于主成分累计影响系数的通道选择方法。首先,进行通道的预处理。然后,考虑白天的通道组合,分别对温度和湿度雅可比矩阵进行主成分分析,得到每个通道对主成分的累计影响系数,根据累计影响系数的大小,进行通道排序。最后,考虑夜晚的通道组合,加入受太阳光影响的通道。最终得到白天和夜晚的入选通道子集。进行温度和湿度廓线反演的实验表明,该方法用于通道选择是可行的。 相似文献
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通道选择是红外高光谱探测资料同化的关键技术。为了最大限度提取红外高光谱探测资料观测信息,减少模式在青藏高原等常规观测稀少地区的初始场的误差,不同区域需要选取不同通道进行同化。基于信号自由度的通道选择方法提出一种面向资料同化的红外高光谱资料的局地综合通道选择方案,该方案综合考虑了局地的大气温度垂直分布特征、背景误差协方差、仪器通道的雅克比函数、权重函数和其他影响红外高光谱模拟和同化的因素。针对CMA_GFS（原GRAPES_GFS）全球背景误差协方差,在高原和海洋两个典型区域对FY-3D/HIRAS红外高光谱资料的温度通道进行局地综合通道选择,并通过一维变分同化评估了局地综合通道选择方案对分析场的影响。结果表明,高原和海洋两个典型区域的大气温度垂直分布特征、背景误差协方差、模式垂直分层以及各通道的雅克比函数和权重函数均有明显的差异,选出的敏感通道也明显不同,相比较在其他区域选择出的通道,在对应地区选择的通道能够显著提高红外高光谱资料的同化效果。 相似文献
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Atmospheric effects upon the radiometric determination of surface temperature were studied for channels centered at 3.7, 11 and 12 m. The error due to the atmosphere is least for the channel centered at 3.7 m, which is a real advantage. The use of a linear combination of two or all three of these channels allows one to eliminate most of the atmospheric effect. If instrumental noise of from 0.1 to 0.2 K is accounted for in each channel, the best results are obtained by a combination of the two channels at 3.7 and 12 m. 相似文献
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A Theoretical and Experimental Investigation of Energy-Containing Scales in the Dynamic Sublayer of Boundary-Layer Flows 总被引：2，自引：2，他引：0
The existence of universal power laws at low wavenumbers (K) in the energy spectrum (Eu) of the turbulent longitudinal velocity (u) is examined theoretically and experimentally for the near-neutral atmospheric surface layer. Newly derived power-law solutions to Tchen's approximate integral spectral budget equation are tested for strong- and weak-interaction cases between the mean flow and turbulent vorticity fields. To verify whether these solutions reproduce the measured Eu at low wavenumbers, velocity measurements were collected in the dynamic sublayer of the atmosphere at three sites and in the inner region of a laboratory open channel. The atmospheric surface layer measurements were carried out using triaxial sonic anemometers over tall corn, short grass, and smooth desert-like sandy soil. The open channel measurements were performed using a two-dimensional boundary-layer probe above a smooth stainless steel bed. Comparisons between the proposed analytical solution for Eu, the dimensional analysis by Kader and Yaglom, and the measured Haar wavelet Eu spectra are presented. It is shown that when strong interaction between the mean flow and turbulent vorticity field occurs, wavelet spectra measurements, predictions by the analytical solution, and predictions by the dimensional analysis of Kader-Yaglom (KY) are all in good agreement and confirm the existence of a -1 power law in Eu(= Cuuu2
* K-1, where Cuu is a constant and u* is the friction velocity). The normalized upper wavenumber limit of the -1 power law (Kz = 1, where z is the height above the zero-plane displacement) is estimated using two separate approaches and compared to the open channel and atmospheric surface-layer measurements. It is demonstrated that the measured upper wavenumber limit is consistent with Tchen's budget but not with the KY assumptions. The constraints as to whether the mean flow and turbulent vorticity strongly interact are considered using a proposed analysis by Panchev. It is demonstrated that the arguments by Panchev cannot be consistent with surface-layer turbulence. Using dimensional analysis and Heisenberg's turbulent viscosity model, new constraints are proposed. The new constraints agree with the open channel and atmospheric surface-layer measurements, Townsend's inactive eddy motion hypothesis, and the Perry et al. analysis. 相似文献
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Whether in classical networks such as meteorological networks of in more recent ones of atmospheric chemistry, a wealth of data is at hand. These data have been evaluated in a manner depending on the purpose of the network. However, much more information is hidden in these time series and waits for discovery. Only the imagination of scientists is needed. Four examples are given which lead to new information about the atmospheric aerosol and the behaviour of the atmosphere. These examples are: Atmospheric turbidity from sunshine recordings, Meteorological drainage area from the variance of observations, Location of point sources from air mass trajectories, and Total vertical ozone from turbidity measurements. 相似文献
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中国新一代静止气象卫星风云四号A星（FY-4A）上搭载的干涉式大气垂直探测仪GIIRS（Geostationary Interferometric Infrared Sounder）是世界上首台在静止轨道运行的高光谱红外探测仪器,拥有1650个通道,其中长波通道689个,中波通道961个。由于计算机存储能力、数据传输和变分同化时效性等限制,目前很难在业务环境中同化全部通道,并且多通道卫星信息往往存在一定的空间相关和光谱相似,故在实际应用中必须降低高光谱资料的通道维数,去除数据冗余和观测相关性,挑选出对特定目标起主要作用的通道子集,进而利用有限的通道来最大限度地提供观测信息。考虑GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System）数值预报系统估计得到的FY-4A观测范围内的背景误差协方差矩阵,并且在GIIRS观测误差后验重估计的基础上,结合通道权重函数峰值和信息熵分步迭代法对其长波通道进行了通道选择研究和试验。结果表明,在给定选择通道个数时,权重函数法和信息熵方法得到的通道组合进行温度和湿度误差分析时误差整体比单一方法小,在给定通道个数（40个）少于单一方案（50个）时,误差分析结果相当。GIIRS最优通道选择的研究为该资料的同化应用建立了基础。 相似文献
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Quantifying Organization of Atmospheric Turbulent Eddy Motion Using Nonlinear Time Series Analysis 总被引：3，自引：0，他引：3
Using three methods from nonlinear dynamics, we contrast the level of organization inthe vertical wind velocity (w) time series collected in the atmospheric surface layer(ASL) and the canopy sublayer (CSL) for a wide range of atmospheric stability ()conditions. The nonlinear methods applied include a modified Shannon entropy, waveletthresholding, and mutual information content. Time series measurements collected overa pine forest, a hardwood forest, a grass-covered forest clearing, and a bare soil, desertsurface were used for this purpose. The results from applying all three nonlinear timeseries measures suggest that w in the CSL is more organized than that in the ASL, and that as the flows in both layers evolve from near-neutral to near-convective conditions, the level of organization increases. Furthermore, we found that the degree of organization in w associated with changes in is more significant than the transition from CSL to ASL. 相似文献
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Summary We propose and objective method whereby the density of Shannon's information associated with the retrieval of a profile of atmospheric variables from satellite-derived infrared radiance measurements may be estimated. The technique is a natural extension of one we previously proposed to estimate the effective data density in a profile. We test the method in a comparison of simulated satellite instruments to show that the method does indeed provide an objective summary of the spatial distribution of each instrument's information content. We propose that further extensions of the method be developed to include other more traditional data sources in a fully three-dimensional scheme. We also note that analogous and compatible methods may be used to diagnose the information content of meteorological analysis and forecast fields relative to the information contained in the covariance, at the appropriate season, of the corresponding climate fields.With 8 Figures 相似文献