利用GNSS掩星技术监测ENSO信号在大气层的传播

El Nino and Southern Oscillation (ENSO) plays an important role in global climate change. The traditional observation techniques for ENSO monitoring cannot meet the demand of the ENSO monitoring in the aspect of resolution and coverage. Since the launch of COSMIC in 2006, The GNSS radio occultation can provide the fine global coverage and high vertical resolution atmospheric information for ENSO monitoring. The main research of this proposal will focus on .(1).the COSMIC-1/COSMIC-2 GNSS radio occultation data validation and processing;.(2).producing of the global coverage, high resolution atmosphere layer data sets based on the COSMIC-1/COSMIC-2 GNSS radio occultation data;.(3).the analysis of the ENSO sensitive zones atmosphere layer information response to the main ENSO index;.(4).the propagation of ENSO signal in atmosphere based on the GNSS radio occultation data;.(5).the analysis of 2-3 extreme climate events based on the GNSS radio occultation and geophysical data..The outcomes of those research will provide scientific references to improve the ability of the global climate change monitoring and the extreme disasters weather alert. Moreover, the results will provide technical supports for the application of the Beidou (Compass) satellite navigation system and GPS occultation projects of China.

厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)是全球气候变化监测和研究的重要现象。本项目针对目前ENSO监测数据存在全球覆盖不足、空间分辨率较低等问题，在精化处理COSMIC-1/2计划GNSS掩星大气探测数据，并获取全球覆盖的高分辨率分层大气信息的基础上，给出更加精细的ENSO信号在大气层的传播特性，为全球气候变化监测，特别是ENSO监测以及相关研究提供理论方法和数据支持。主要研究内容包括：COSMIC-1/2计划GNSS掩星数据的验证和精化处理；ENSO敏感区域分层大气信息与主要ENSO指数的响应研究；ENSO信号在大气层传播规律的研究；综合GNSS掩星数据和相关地球物理数据进行ENSO期间2-3个极端天气事件的分析。研究成果可为全球气候变化和极端灾害性天气的监测和预警提供科学数据和模型方法，同时为我国自主北斗卫星导航系统和GNSS掩星卫星计划的实施和科学应用提供参考。

厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)是全球气候变化监测和研究的重要现象。本项目旨在针对目前监测ENSO的数据存在全球覆盖不足、空间分辨率较低等问题，基于GNSS掩星资料，在对COSMIC等掩星任务的数据进行精化处理的基础上，研究精细的ENSO信号在大气层的传播特性，为ENSO相关的全球气候变化监测研究提供理论方法与数据支持。主要完成了以下工作：针对已有利用GNSS观测资料的ENSO相关研究主要基于掩星温度廓线或地基积分可降水量的现状，在ENSO相关信号提取的数据源上，首次直接基于掩星水汽廓线进行全球范围内对流层/下平流层（TLS）比湿信号对ENSO的响应。在ENSO相关信号的提取方法上，针对已有研究主要采用正交经验分解法（EOF）或多元线性回归法提取大气参数月异常信息并进而分析其与 ENSO的相关性，结果受大气参数月异常信息中残余噪声影响较大的现状，首次提出采用最优低通滤波及EOF组合法（Filter+EOF）提取 TLS 中各高度层的ENSO相关信号。基于上述策略，利用2006-2014年COSMIC掩星任务的水汽廓线数据，分析了全球包含Nino-3.4区域在内的多个区域在TLS各高度层分别对ENSO的空间及时间响应，总结出规律性的响应特征，进而发现TLS区域中最适宜提取ENSO相关信号的高度区间和地理区域，重建了ENSO在TLS中的空间垂直结构，并进一步分析了各区域利用比湿月异常信号和干温廓线提取的ENSO相关信号的不同特点。再者，利用2007-2020年COSMIC、CHAMP、GRACE、METOP A/B/C等多掩星任务的干温数据，在对平流层大气重力势能年际变化特征进行分析的基础上，研究了低平流层重力波活动对ENSO的响应特征，发现在低平流层南北纬10°范围内重力波活动对ENSO的响应为正，而在15°N-30°N及50°N 附近，重力波活动对ENSO存在显著负响应，分析表明50°N附近的显著负响应一定程度上与2016年以后重力波活动强度的下降有关。项目成果丰富了ENSO相关研究的理论，可为全球气候变化监测提供科学数据和模型方法。此外，项目开展了FY-3C掩星任务产品的处理、验证与应用工作，为后续基于我国自主掩星任务资料进行ENSO相关研究奠定了基础。