2411号台风“摩羯”于2024年9月登陆中国东南沿海地区,风云三号D星(FY-3D)微波湿度计(MWHS-II)成功监测到该台风.本研究在天气研究与预报模式数据同化系统(Weather Research and Forecasting model Data Assimilation system,WRFDA)中...2411号台风“摩羯”于2024年9月登陆中国东南沿海地区,风云三号D星(FY-3D)微波湿度计(MWHS-II)成功监测到该台风.本研究在天气研究与预报模式数据同化系统(Weather Research and Forecasting model Data Assimilation system,WRFDA)中构建了晴空条件下FY-3D MWHS-II资料三维变分同化框架,通过设置118 GHz,183 GHz单频段以及双频段联合同化及预报试验方案,系统评估了MWHS-II资料同化对台风“摩羯”的强度、路径及降水预报效果.试验表明,同化FY-3D MWHS-II资料有效提升了分析场质量,对台风强度、路径和降水的预报也产生了积极影响.台风预报方面,同化118 GHz和183 GHz通道对台风路径预报分别改进了17.18%和13.39%,洋面区域的183 GHz同化更使得路径预报改进率达到14.59%;降水预报方面,MWHS-II资料同化显著提升初期24 h内中小雨量级(<25 mm)预报命中率,其中118 GHz通道对强降水(>50 mm)预报表现出独特优势;183 GHz通道的改进效应在24 h后逐步显现,而双频段联合同化方案展现出综合优势,各量级降水的降水分数技能得分(Fractions Skill Scores,FSS)相比控制试验提升显著.FY-3D MWHSII的118 GHz和183 GHz频段在不同预报要素上的差异化改进效果,突显了FY-3D MWHS-II资料在区域台风数值预报中的独特应用价值及应用潜力.展开更多
随着风云三号系列卫星的成功发射,越来越多的卫星微波直接观测资料应用于数值天气预报的资料同化系统。并且由于卫星微波全天候同化技术可以充分利用晴天及云雨区微波观测资料,在增加同化使用的观测数据的基础上,有效提高数值天气预报...随着风云三号系列卫星的成功发射,越来越多的卫星微波直接观测资料应用于数值天气预报的资料同化系统。并且由于卫星微波全天候同化技术可以充分利用晴天及云雨区微波观测资料,在增加同化使用的观测数据的基础上,有效提高数值天气预报准确率,该技术在卫星资料同化领域也颇受瞩目。本研究选取2018年7月的台风玛莉亚,利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其同化系统WRFDA(WRF Data Assimilation)中三维变分方法,探讨风云三号C星微波湿度计观测资料的全天候同化技术在区域模式中的适用性,以及其在不同模式驱动场中的预报表现。通过对比仅同化晴空区域卫星资料的试验和全天候同化的试验结果发现,全天候条件下更多的云雨区域观测资料被有效利用,能够更好地模拟出台风玛莉亚核心区域的暖心和对称风速结构,有效改善湿度场的预报,对台风路径的预报误差平均降低了大约34%~62%,且这种正面影响均能在不同模式驱动场中得到体现。展开更多
风云三号C星（FY-3C）已经于2013年9月23日发射升空,其上装载的微波湿温探测仪（MWHTS）已于9月30日开机正常工作.MWHTS具有对大气温度和湿度垂直分布进行同步探测的能力.MWHTS为跨轨扫描式微波辐射计,在89-191GHz毫米波段内设置了十五...风云三号C星（FY-3C）已经于2013年9月23日发射升空,其上装载的微波湿温探测仪（MWHTS）已于9月30日开机正常工作.MWHTS具有对大气温度和湿度垂直分布进行同步探测的能力.MWHTS为跨轨扫描式微波辐射计,在89-191GHz毫米波段内设置了十五个探测通道,其中包括118.75GHz氧气吸收线附近的8个大气温度探测通道,183.31GHz水汽吸收线附近的5个大气湿度探测通道,以及89GHz和150GHz两个窗区通道.设置在118.75GHz的一组毫米波探测通道是国际上业务卫星首次使用的大气探测通道,这组通道和183.31GHz通道对大气进行联合探测,将获得更加精细的大气温湿度垂直分布数据,为数值预报和气候研究提供丰富信息.为保证MWHTS观测资料的定量应用,对仪器性能和定标精度进行了在轨测试.利用MWHTS在轨正常工作后的三个月数据,对仪器在轨定标的基础数据：冷空和黑体计数值,黑体和仪器温度进行监测分析和质量检验,经过质量检验的在轨定标基础数据,结合发射前真空试验得到的非线性订正项在轨定标生成MWHTS观测亮温数据.评估MWHTS在轨辐射定标结果的精度和偏差特性使用了三种方法：1通过场地定标试验获取大气温湿廓线和地面温度等大气参数信息,结合微波逐线正演辐射传输模式MonoRTM（Monochromatic Radiative Transfer Model）模拟MWHTS的上行微波辐射亮温,与MWHTS实际观测结果进行对比分析;2两个通道特性一致的同类星载被动微波载荷同时观测同一目标,观测亮温的差异主要取决于两个载荷的定标系统偏差.选取美国SNPP上搭载的微波探测仪器ATMS作为MWHTS的参考载荷,基于SNO（simultaneous nadir overpass）技术,对两个仪器的观测亮温进行交叉比对,观测亮温时空匹配及均匀性检验的条件为：观测时间差异小于20min,观测像元中心距离小于3km,观测角度在星下点附近差异小于5°,观测像元周围3×3像元内的亮温标准差小于1K;3基于美国国家环境预测中心的全球数据同化系统GDAS（Global Data Assimilation System）数据,利用快速辐射传输模式CRTM（Community Radiative Transfer Model）对MWHTS各通道亮温进行正演模拟,模拟结果（O）和仪器实际观测的亮温（B）之间的差异记为＂O-B＂,对偏差值＂O-B＂进行统计特征分析.仪器中心频率的变化、正演模式模拟精度和模式输入廓线自身的误差都会对＂O-B＂产生影响.但是对于首次使用的探测频点而言（如118.75GHz通道）,由于国际上没有同类载荷可以进行交叉比对,借助于正演辐射传输模式计算得到＂O-B＂偏差的分析结果可以在一定程度上反映仪器整体定标情况.外场地定标试验结果显示除通道14外,其他14个通道的亮温差都在1.3K以内;与同类载荷ATMS的在轨观测进行直接交叉比对表明通道14与ATMS的亮温偏差最大,但中心频点一致的5个水汽探测通道的标准差都小于1K;将MWHTS观测结果和正演辐射传输模式模拟结果即＂O-B＂进行偏差分析显示,靠近118.75GHz吸收线中心的通道2—6＂O-B＂标准差小于0.5K,其他通道＂O-B＂标准差和ATMS相应通道的结果相当;MWHTS观测和模拟偏差随角度变化的研究表明通道1,7-13和15观测结果对角度有一定依赖性.展开更多
数值模式边界层物理过程和初值场条件的欠缺是海雾模拟准确率偏低的主要原因。本文为改进模式初始场,开展针对海雾模拟的卫星观测资料同化试验,将质量控制和偏差订正后的FY-3A卫星微波湿度计(MWHS)和微波温度计(MWTS)的优选通道数据,经3...数值模式边界层物理过程和初值场条件的欠缺是海雾模拟准确率偏低的主要原因。本文为改进模式初始场,开展针对海雾模拟的卫星观测资料同化试验,将质量控制和偏差订正后的FY-3A卫星微波湿度计(MWHS)和微波温度计(MWTS)的优选通道数据,经3DVar(Three-dimensional variational data assimilation)进入WRF模式以试验其对黄、渤海海雾模拟的影响。通过分析静止气象卫星检测到的海雾区模拟大气温、湿场同化分析增量,发现代表环境场条件的海雾类型及模式对其模拟能力的差异,显著影响了同化效果,表现为同化对模式模拟能力较强的平流冷型海雾改进明显,对模拟效果不甚理想的非典型混合过程中的暖型海雾阶段则基本没有改进效果。为寻找原因,对包括海雾区低层大气模拟场逆温结构在内的温湿度场与邻近探空观测进行了对比,分析了随时间演变的海雾格点温、湿场同化分析增量,发现冷型海雾区格点同化分析增量能弥补观测—模拟差异,使气温调减,相对湿度调增,同时水汽和液态水也出现负相关的变化,边界层相关热力动力场同化分析增量在垂直方向也有配合迹象,相比而言,主体是暖型海雾的非典型过程则未见此类现象和其他的有益调整迹象。展开更多
文摘随着风云三号系列卫星的成功发射,越来越多的卫星微波直接观测资料应用于数值天气预报的资料同化系统。并且由于卫星微波全天候同化技术可以充分利用晴天及云雨区微波观测资料,在增加同化使用的观测数据的基础上,有效提高数值天气预报准确率,该技术在卫星资料同化领域也颇受瞩目。本研究选取2018年7月的台风玛莉亚,利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其同化系统WRFDA(WRF Data Assimilation)中三维变分方法,探讨风云三号C星微波湿度计观测资料的全天候同化技术在区域模式中的适用性,以及其在不同模式驱动场中的预报表现。通过对比仅同化晴空区域卫星资料的试验和全天候同化的试验结果发现,全天候条件下更多的云雨区域观测资料被有效利用,能够更好地模拟出台风玛莉亚核心区域的暖心和对称风速结构,有效改善湿度场的预报,对台风路径的预报误差平均降低了大约34%~62%,且这种正面影响均能在不同模式驱动场中得到体现。
文摘风云三号C星（FY-3C）已经于2013年9月23日发射升空,其上装载的微波湿温探测仪（MWHTS）已于9月30日开机正常工作.MWHTS具有对大气温度和湿度垂直分布进行同步探测的能力.MWHTS为跨轨扫描式微波辐射计,在89-191GHz毫米波段内设置了十五个探测通道,其中包括118.75GHz氧气吸收线附近的8个大气温度探测通道,183.31GHz水汽吸收线附近的5个大气湿度探测通道,以及89GHz和150GHz两个窗区通道.设置在118.75GHz的一组毫米波探测通道是国际上业务卫星首次使用的大气探测通道,这组通道和183.31GHz通道对大气进行联合探测,将获得更加精细的大气温湿度垂直分布数据,为数值预报和气候研究提供丰富信息.为保证MWHTS观测资料的定量应用,对仪器性能和定标精度进行了在轨测试.利用MWHTS在轨正常工作后的三个月数据,对仪器在轨定标的基础数据：冷空和黑体计数值,黑体和仪器温度进行监测分析和质量检验,经过质量检验的在轨定标基础数据,结合发射前真空试验得到的非线性订正项在轨定标生成MWHTS观测亮温数据.评估MWHTS在轨辐射定标结果的精度和偏差特性使用了三种方法：1通过场地定标试验获取大气温湿廓线和地面温度等大气参数信息,结合微波逐线正演辐射传输模式MonoRTM（Monochromatic Radiative Transfer Model）模拟MWHTS的上行微波辐射亮温,与MWHTS实际观测结果进行对比分析;2两个通道特性一致的同类星载被动微波载荷同时观测同一目标,观测亮温的差异主要取决于两个载荷的定标系统偏差.选取美国SNPP上搭载的微波探测仪器ATMS作为MWHTS的参考载荷,基于SNO（simultaneous nadir overpass）技术,对两个仪器的观测亮温进行交叉比对,观测亮温时空匹配及均匀性检验的条件为：观测时间差异小于20min,观测像元中心距离小于3km,观测角度在星下点附近差异小于5°,观测像元周围3×3像元内的亮温标准差小于1K;3基于美国国家环境预测中心的全球数据同化系统GDAS（Global Data Assimilation System）数据,利用快速辐射传输模式CRTM（Community Radiative Transfer Model）对MWHTS各通道亮温进行正演模拟,模拟结果（O）和仪器实际观测的亮温（B）之间的差异记为＂O-B＂,对偏差值＂O-B＂进行统计特征分析.仪器中心频率的变化、正演模式模拟精度和模式输入廓线自身的误差都会对＂O-B＂产生影响.但是对于首次使用的探测频点而言（如118.75GHz通道）,由于国际上没有同类载荷可以进行交叉比对,借助于正演辐射传输模式计算得到＂O-B＂偏差的分析结果可以在一定程度上反映仪器整体定标情况.外场地定标试验结果显示除通道14外,其他14个通道的亮温差都在1.3K以内;与同类载荷ATMS的在轨观测进行直接交叉比对表明通道14与ATMS的亮温偏差最大,但中心频点一致的5个水汽探测通道的标准差都小于1K;将MWHTS观测结果和正演辐射传输模式模拟结果即＂O-B＂进行偏差分析显示,靠近118.75GHz吸收线中心的通道2—6＂O-B＂标准差小于0.5K,其他通道＂O-B＂标准差和ATMS相应通道的结果相当;MWHTS观测和模拟偏差随角度变化的研究表明通道1,7-13和15观测结果对角度有一定依赖性.
文摘数值模式边界层物理过程和初值场条件的欠缺是海雾模拟准确率偏低的主要原因。本文为改进模式初始场,开展针对海雾模拟的卫星观测资料同化试验,将质量控制和偏差订正后的FY-3A卫星微波湿度计(MWHS)和微波温度计(MWTS)的优选通道数据,经3DVar(Three-dimensional variational data assimilation)进入WRF模式以试验其对黄、渤海海雾模拟的影响。通过分析静止气象卫星检测到的海雾区模拟大气温、湿场同化分析增量,发现代表环境场条件的海雾类型及模式对其模拟能力的差异,显著影响了同化效果,表现为同化对模式模拟能力较强的平流冷型海雾改进明显,对模拟效果不甚理想的非典型混合过程中的暖型海雾阶段则基本没有改进效果。为寻找原因,对包括海雾区低层大气模拟场逆温结构在内的温湿度场与邻近探空观测进行了对比,分析了随时间演变的海雾格点温、湿场同化分析增量,发现冷型海雾区格点同化分析增量能弥补观测—模拟差异,使气温调减,相对湿度调增,同时水汽和液态水也出现负相关的变化,边界层相关热力动力场同化分析增量在垂直方向也有配合迹象,相比而言,主体是暖型海雾的非典型过程则未见此类现象和其他的有益调整迹象。
