极区大气风场卫星反演及误差订正方法研究

极地是全球变化研究的关键地区,也是全球气象资料最匮乏的地区,大气风场的卫星反演在极地的应用尤为重要。本项目在国家卫星气象中心已有静止卫星大气风场反演研究的基础上,研究极轨卫星大气风场反演方法。研究大气风场反演所需的卫星成像通道的图像模拟方法,分析仪器观测误差对大气风场反演的精度影响。选取典型天气个例,建立中国风云三号、美国Terra/Aqua以及欧洲METOP极轨卫星真实成像的归一化数据集，利用模拟和真实观测资料开展大气风场反演和误差分析的计算试验,建立大气风场各参量的反演误差修正模型,提出大气风场卫星反演的质量标示方法。本项目可为我国数值天气预报和全球变化研究提供极区大气风场信息及应用判据,并为建立我国极轨气象卫星极区大气风场反演业务系统,提供理论准备。

极地是全球变化研究的关键地区,也是全球气象资料最匮乏的地区,大气风场的卫星反演在极地的应用尤为重要。本项目在研究进展如下:一）初步建立了极地风场反演的原型算法，由于风云三号目前VIRR仪器尚未搭载水汽通道，故采用MODIS资料测试了红外水汽双通道求解风场的算法。二）研究大气风场反演相关的卫星成像通道的图像模拟方 法,分析仪器观测误差对大气风场反演的精度影响。发现对于常用的双通道云高确定方法对探测器响应非线性对反演的影响不大，其原因是目前广泛采用的统计方法在求解回归参数时即适应仪器对定量应用的影响，只要仪器性能不剧烈变化即可反演有效信息，该发现为风云系列未来业务卫星开展风场反演提供依据。 三）对目前国际上主流的风场反演业务结果进行分析，分析了多通道卫星风场反演（MODIS仪器） 和多角度卫星风场反演（MISR仪器）的风场反演精度，在处理完成2013-2015年三年资料基础上，通过时空匹配，建立了156687条空间匹配数据集，将其与欧洲中心数值再分析场进行对比分析发现1）MODIS红外水汽风与分析场风场信息一致，平均偏差小于0.5米/秒，而MISR可见光风在纬向和经向分别有0.5米/秒的系统偏差；2）在南半球极地区域，MOIDS红外，水汽风场的分布特征与北半球极地区域非常相似，而MISR可见光风则出现显著的偏差随高度偏差增大的趋势；3）分析表明，可见光极地卫星反演风场的高可信数据区间是850-300hPa，550-300hPa，以及950-200hPa。2）MISR仪器反演的可见光风场在200hPa以上资料基本不可用，误差急剧加大 4）与 红外/水汽风场相比，可见光风场在对流层各个高度层均有均匀分布，对比还发现，其在南半球极地区域与分析场差异明显，未来重点应该应用南半球的可见光风场资料，有望改善数值模式分析的效果，值得重点关注。