微波成像资料同化研究进展

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1、微波成像资料同化研究进展0引言微波成像资料的同化一直是数值模式发展过程中的热点问题，国外利用微波成像资料进行同化最早采用的是先反演再分析的间接同化方法，但是间接同化由于包含了反演过程中各个环节的误差，使得观测误差来源复杂化，并带有系统性偏差，同化过程中产生背景与观测误差偏离正态分布较远等问题，因此目前在微波成像资料同化中通常采用的是直接同化的方式，研究表明直接同化的同化效果产生了一定的正影响，使得数值预报准确率得到了一定程度的提升。目前，同化系统中主要应用的微波成像载荷有SSM/I,SSMIS和AMSR-E等。1国外研究进展1.1SSM/I美国从198

2、7年开始实施DMSP计划后陆续发射了搭载SSM/I,SSM/T和SSM/T-2的卫星，提高了空间对地遥感探测的能力。全球资料同化系统(GDAS)和美国环境预报中心(NCEP)利用SSI三维同化分析系统对大部分的卫星数据进行了同化，其中就包括SSM/L对于SSM/I资料的应用，一开始采用的是间接同化，Treadon[l]对SSMI反演的降水资料进行了间接同化，研究表明加入同化资料起到了一定的作用，但是当某些地区没有降水的时候就没有资料进入同化系统中，此外Treadon发现采用间接同化大气可降水量（TCWV）会中断哈德莱环流。鉴于间接同化有这样的缺点，Ok

3、amoto通过实验发现相比间接同化海表面风速和大气可降水量，直接同化SSM/I辐射率资料效果更好，而且不会中断哈德莱环流。Jean-Deancois[2]采用SSM/I及TMI降水率资料和欧洲四维同化系统进行了对比试验，发现SSM/I和TMI对温带地区的降水预报都有很大的改进作用，但相比较而言SSM/I的同化效果整体好于TMLOkamoto[3]使用NCEP的GSI同化系统对SSM/I的辐射率资料进行直接同化，并利用辐射传输模式剔除了受云雨条件影响的数据，质量控制方案为：（1）剔除亮温小于70K或大于320K的数据；（2）剔除水平极化亮温减去垂直极化亮

4、温大于2K的数据。云检测方案为：（l）19GHz>22GHz>37GHz和89GHz各通道的云中液态水含量分别超过0.35kg/m2>0・27kg/m2、0.10kg/m2和0・024kg/m2时,剔除该数据；（2）观测场与背景场之差如果大于对应通道的特定观测误差，予以剔除。表1列出了各通道的云中液态水含量临界值和观测误差临界值。同化结果表明，热带地区和北半球的降水量得到了一定增加,南半球中高纬地区的降水量有轻微减小。总体而言，SSM/I资料的加入提高了全球预报技术，尤其是测量热带地区200hPa的风矢量误差，并且在台风路径模拟方面也减小了误差（表1）

5、。1.1SSMIS冃前，在DMSP计划中，SSMIS取代了SSM/I,SSM/T和SSM/T-2,实现垂直探测和成像遥感的有机结合，SSMIS在SSMI通道频率调整的基础上增加了17个通道。Kazumori[4]等利用日本气象厅全球数据同化系统，对SSMIS南半球500hPa高度数据进行低分辨率(TL319L60)同化试验，发现预报时间为一天时,加入SSMIS数据效果全面好于不加入SSMIS,而预报时间为3、5、7天时，加入SSMIS资料的绝大部分效果都好于不加入，表明SSMIS资料能够显著地改善预报的准确性，下一步计划采用日本业务系统进行高分辨率(T

6、L959L60)同化试。Okamoto等研究发现经过偏差订正后SSMIS数据质量和SSMI非常相似，他们采用了和SSMI相同的质量控制和云检测方案，同化结果表明对分析850hPa温度和大气水汽总量有一定的积极作用。为了同化SSMIS资料，NOAA还发展了新的质量控制方法和云检测方案:(1)观测场与没有经过偏差订正的背景场的差值大于等于3.5K时，予以剔除；(2)第2通道(52.8GHz)与经过偏差订正的背景场的差值大于1.5K时，剔除12—16通道(19V/H,22V,37V/H)数据；(3)云中液态水含量临界值剔除方法，具体数值不同于SSM/I(见表

7、2)。可以看出，新的质量控制方法在原有基础上加入了对非成像通道数据的利用，更具准确性。NOAA的全球预报系统同化SSMIS资料后，对提高全球中期数值预报水平产生了较小的正效果。Bell⑸等基于MetOffice,ECMWF,NCEP和NRL四个业务数值预报中心对DMPS-F16的SSMIS成像资料进行同化，结果显示在南半球产生了正影响，1-4天的海平面气压预报误差减小了0・5%-2・5%（表2）。1.3AMSR-EAMSR-E微波成像仪与SSM/I最大的区别在于它有四个低频通道，即6.9GHz和10.6GHz（双极化），而低频通道对地表和海表面的气象要

8、素非常敏感，因此研究人员针对这两个低频通道在同化系统的应用效果开展了许多工作。Kazumori