基于多GNSS掩星与ICA技术的对流层/下平流层ENSO传播及响应研究

El Niño-Southern Oscillation (ENSO) is one of the most prominent inter-annual variability in the earth's climate system. Its anomaly will bring serious environmental and socio-economic impacts on most parts of the world. Global navigation satellite system (GNSS) Radio Occultation Technique provides a new means for ENSO observation because of its global coverage, high accuracy, high vertical resolution, long-term stability and low cost. Based on the highly non-Gaussian characteristics of ENSO, the propagation and response of ENSO in the troposphere and lower stratosphere (TLS) are studied using multi-GNSS occultation mission data and independent component analysis (ICA) technique. Based on the different influence factors of monthly variation of specific humidity and temperature at different altitudes of TLS over different regions of the world, the response characteristics of ENSO in TLS are analyzed by combining the optimal low-pass filter and ICA method. At the same time, the relationships between E-P flux and zonal mean temperature anomaly and zonal mean wind anomaly are studied to reveal the propagation characteristics of ENSO in TLS, and then the response mechanism of ENSO in TLS is analyzed, and an index for monitoring ENSO phenomena is extracted from TLS. The research results of the project are of great scientific significance to the study of ENSO atmospheric dynamics mechanism and monitoring of ENSO.

厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是地球气候系统中最主要的年际变化信号之一，它的异常给世界大部分地区带来严重的环境及社会经济影响。GNSS掩星技术凭借其全球覆盖、高精度、高垂直分辨率、长期稳定、低成本等优点，为ENSO观测提供了一种新的手段。本项目基于ENSO高度非高斯特性，利用多GNSS掩星任务资料及独立成分分析（ICA）技术研究对流层/下平流层（TLS）ENSO传播特征及响应机制。拟基于全球不同地区TLS不同高度层比湿及温度月异常变化的影响因子不同，联合最优低通滤波及ICA方法提取ENSO信号，分析ENSO在TLS中的响应特征。同时研究E-P通量及其与纬向平均温度异常和纬向平均风异常之间的关系揭示ENSO在TLS中的传播特征，进而分析ENSO在TLS中的响应机制，并从TLS中提取一套监测ENSO现象的指数。项目研究成果对ENSO大气动力学机制以及监测ENSO的研究方面具有重大的科学意义。

厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是地球气候系统中最主要的年际变化信号之一，它的异常给世界大部分地区带来严重的环境及社会经济影响。GNSS掩星技术凭借其全球覆盖、高精度、高垂直分辨率、长期稳定、低成本等优点，为ENSO观测提供了一种新的手段。本项目基于ENSO高度非高斯特性，利用多GNSS掩星任务资料及独立主成分（ICA）技术研究对流层/下平流层（TLS）ENSO传播及响应机制。本项目分析了不同掩星任务反演的比湿及干温在TLS高度层中的长期可靠性，其中比湿廓线在975-200 hpa高度层的相对误差精度达到8.13%，标准偏差9.61%，干温廓线（8～38 km）偏差稳定在±0.4 K；提出了联合最优低通滤波及独立成分分析/主成分分析方法提取TLS中ENSO相关信号，并与单独用独立成分分析/主成分分析方法进行了比较，验证了方法的有效性。同时独立成分分析方法相较于主成分方法具有更高的可靠性、有效性和解释性；构建了ENSO在TLS中的三维结构；找出了ENSO信号最适宜提取的区域及高度期间，其中比湿廓线（高度区间：250～200 hpa，地理区域：G25～G65），干温廓线（高度区间：350～380 hpa，地理区域：G40～G70），提取了一套监测ENSO现象的指数，并分析了ENSO在TLS中的传播及响应特征。按照既定的研究计划，项目完成了规定的研究内容。在项目执行过程中，项目组在Remote sensing、Automation in Construction等国内外期刊共发表学术论文6篇，并在中国地质大学出版社出版专著1部，其中中科院1区Top 1篇，2区Top 2篇，专著1部，参加国内外学术会议1次，获测绘科技进步奖二等奖1次。