卫星多通道红外信息反演大气可降水业务方法

利用GMS-5多通道资料和MODTRAN辐射传输模式设计并实现了用卫星红外分裂窗通道反演大气可降水的物理反演算法．采用1998年夏季的资料进行了大气可降水反演试验，并使用探空资料对反演结果进行检验，其均方根误差为3．30mm．为了在业务上实现大气可降水物理反演算法，设计了通过利用GMS-5资料、数值预报资料以及RTTOV7快速辐射传输模式的反演大气可降水的物理算法，并用探空资料对反演结果进行检验，其均方根误差为4．09mm．结果表明：RTTOV7快速辐射传输模式的引入，使反演速度有显著的提高，能够满足业务要求．     

基于FY-3C/MWHTS资料的海洋晴空大气温湿廓线反演方法研究

针对搭载于风云三号C星(FY-3C)上的微波湿温探测仪(Microwave Humidity and Temperature Sounder, MWHTS), 建立了海洋晴空大气条件下温湿廓线同时反演的一维变分反演系统.通过对影响反演精度的各个因素进行分析, 确立了该系统的输入参数.对于FY-3C/MWHTS观测亮温与快速辐射传输(Radiative Transfer Model for TOVS, RTTOV)模型的模拟亮温之间的偏差和角度依赖性, 采用逐像元统计回归校正方法进行校正.选择西北太平洋海域晴空条件下的校正亮温数据进行温湿廓线的反演, 并利用欧洲中期天气预报中心再分析数据集对反演结果进行验证, 结果表明:反演的温度廓线和相对湿度廓线的最大平均偏差分别为1.09 K和5.4%, 最大均方根误差分别为1.48 K和22.69%, 与未校正亮温的反演结果相比, 温度廓线的均方根误差最大可减小1.56 K, 湿度廓线的均方根误差最大可减小14.71%.反演温湿廓线与背景廓线的精度对比表明:反演的温度廓线在10~70 hPa、300~350 hPa和700~850 hPa内的精度高于背景廓线的精度, 而反演湿度廓线的精度除了825~875 hPa, 其他范围均高于背景廓线的精度, 因此FY-3C/MWHTS观测亮温的反演结果可进一步提高预报廓线精度.     

新息增量法评估FY-3E/HIRAS-II观测质量

FY-3E/HIRAS-II作为世界上第一个晨昏轨道的星载红外高光谱仪器,评估其观测资料质量对提高资料同化分析场和全球数值天气预报精度具有十分重要的作用。本文基于2021年12月-2022年1月及2022年3月共35天的HIRAS-II观测,采用新息增量法检验了其在轨辐射观测资料质量,按陆地和洋面分别统计了O-B偏差和标准差的分布特征;进一步匹配相同时间段、相同区域的MetOp-B/IASI观测资料,使用双重差异的O-B法分析了HIRAS-II观测资料质量,可消除偏差中辐射传输模式模拟的影响。结果表明,不论海洋还是陆地,HIRAS-II长波与中波大部分通道的O-B平均偏差均小于0.5 K、标准差在1 K以内,陆地上标准差比洋面偏大（尤其是窗区通道）。664~665 cm^-1 CO₂吸收带和1 300~1 680 cm^-1 水汽吸收带,由于再分析资料的偏差引起RTTOV模拟的辐射值存在系统性误差,使得偏差较大;980~1 080 cm^-1 O₃吸收带和1 300 cm^-1 CH₄吸收带附近较大的偏差是由于辐射传输模式RTTOV中吸收气体浓度采用固定的气候廓线值造成的,这些波段与MetOp-B/IASI相比的double O-B偏差均趋近于0 K,说明O-B偏差主要是由于辐射传输模式模拟误差造成的,而不是仪器观测的质量低。短波大部分通道的O-B平均偏差在2 K~2 K之间,标准差在2 K以内。1 920 cm^-1附近通道由于是仪器中波与短波的交界处,采用的探测器不同造成较大的O-B偏差。2 267~2 380 cm^-1较大的偏差是由于RTTOV模拟亮温时没有考虑非局地热力平衡NLTE效应的影响。波数大于2 400 cm^-1的短波波段由于太阳污染使得偏差和标准差都逐渐增大。HIRAS-II O-B偏差随扫描角存在不对称现象,使用时需要进行扫描角偏差订正。     

静止轨道微波卫星热带气旋观测数值模拟及时空分辨率分析:以台风“菲特”为例

观测热带气旋所需的空间分辨率以及识别出变化所需的时间分辨率对于用于观测热带气旋的辐射计的指标设计有重要意义.利用美国国家环境预报中心6 h全球最终分析资料作为初始场, 通过中尺度数值天气预报模式输出不同时刻水凝物含量和温湿度廓线等参数, 使用欧洲中期数值天气预报中心发展建立的快速辐射传输模式输出亮温, 分析了不同时刻及不同空间分辨率下氧气吸收频段和水汽吸收频段的静止轨道探测模拟亮温.结果表明:热带气旋等级越高, 观测的空间分辨率需求越高, 氧气吸收频率、水汽吸收频率、窗区频率对空间分辨率敏感度依次增大; 短时间内低等级热带气旋的观测时间分辨率需求越高, 水汽吸收频段探测频率所需时间分辨率高于氧气吸收频段.