Evaluation of the Applicability of MSU/AMSU Data to the Monitoring of Temperature Climate Changes in the Upper Air Over the Tropical Ocean
-
摘要: 利用美国大气海洋局卫星应用和研究实验室 (The Center for Satellite Applications and Research，STAR) 提供的MSU/AMSU卫星微波亮温资料V3.0版本，结合三套再分析资料数据集，通过对海洋上空不同高度、不同区域及不同季节的适用性分析，来探讨MSU/AMSU资料在热带海洋区域高空大气的温度变化特征，并通过合成分析揭示亮温资料与海洋的响应关系，从而探讨MSU/AMSU资料在热带海洋区域上的适用性和科学性。结果表明：（1）MSU/AMSU亮温资料在30 °E~70 °W，15 °S~15 °N范围的热带海洋区域适用性较好；（2）热带海洋区域对流层上层和中层大气均呈增温趋势，变化速率分别为0.045 K/(10 a) 和0.107 K/(10 a)，增温突变现象出现在1980年代末—1990年代初，平流层低层大气呈降温趋势，变化速率为-0.345 K/(10 a)，降温突变现象出现在1990年代中期；（3）在热带海洋区域，高空大气温度的变化趋势具有较强的区域性特征，相对于中东太平洋而言，印度洋-西太平洋区域的增、降温趋势变化更显著。对流层的增温幅度随高度的升高而有所降低。平流层低层的降温趋势在季节内变化不大，而对流层则是秋、冬季的增温趋势要明显大于春、夏季，冬季的增温尤为明显；（4）MSU/AMSU亮温资料对热带海洋温度异常有很好的响应关系，能在弥补海洋区域观测资料稀缺的情况下，对海洋区域起着较好的监测作用。Abstract: Based on MSU/AMSU microwave brightness temperature data derived from STAR V3.0, together with three kinds of reanalysis data sets, the temperature changes in the upper air over the tropical ocean are analyzed through examination of different heights, regions and seasons to evaluate the reliability of the application of MSU/AMSU data. Results are shown as follows: (1) The MSU/AMSU data is reliable in the tropical region, particularly in the domain of 30 °E~70 °W, 15 °S~15 °N; (2) The warming of the troposphere over the tropical ocean began in the late 1980 s and early 1990 s with a rate of 0.045 K/(10 a) and 0.107 K/(10 a) in the upper and middle troposphere respectively, while the cooling of the lower stratosphere started in the mid-1990s with a rate of-0.345 K/(10 a); (3) The spatial feature of the temperature changes in the upper air is quite robust over the tropical ocean, especially over the Indian Ocean and the western Pacific, and the seasonal temperature change in the lower stratosphere is more stable than in the troposphere, and the warming trend in the autumn and winter is more significant than in the spring and summer; (4) Compared with the NCEP/DOE, the MSU/AMSU data describes the atmospheric response to the tropical SST forcing better in the middle east Pacific, comparable in the Indian Ocean and worse in western Pacific, which suggested that MSU/AMSU data can be used to monitor the climate change over the tropical oceans.
-
Key words:
- MSU/AMSU /
- tropical ocean /
- upper air /
- long term change trends /
- applicability /
- data comparison
-
图 1 MSU/AMSU与NCEP1(左)、NCEP2(中)、ERA (右) 在全球范围 (0~360 °E，70 °S~70 °N) 的相关系数空间分布
影区表示相关系数通过0.05的显著性水平，蓝线所包围的区域表示相关系数通过0.01的显著性水平的区域。
从上到下依次对应为平流层低层 (TLS)、对流层上层 (TUT)、对流层中层 (TMT)。
图 2 MSU/AMSU资料在热带海洋地区（30 °E~70 °W，15 °S~15 °N）的平流层低层（a、d）、对流层上层（b、e）和对流层中层（c、f）的年平均温度距平时间变化曲线（a、b、c）及对应温度曲线的M-K检验曲线（d、e、f）
左图的黑色直线为线性趋势线；右图的黑色虚线为0.05的显著性水平检验线。
图 3 MSU/AMSU与NCEP1、NCEP2、ERA在印度洋-西太平洋区域（左）和中东太平洋区域（右）不同高度层
（a、d.平流层低层；b、e.对流层上层；c、f.对流层中层）的年平均温度距平时间变化（单位：K）及线性趋势值（单位：K/(10 a)）
图 4 MSU/AMSU与NCEP1、NCEP2和ERA在热带印度洋-西太平洋区域不同高度层四季的月平均温度距平的变化趋势
单位：K/(10 a)。a.平流层低层；b.对流层上层；c.对流层中层。
图 5 Niño事件期间MSU/AMSU亮温资料（a1、a2）、NCEP2资料（b1、b2）及NOAA海表面温度（c）的合成
单位：K。a1、a2是对流层上层；b1、b2是对流层中层；c是海表面。
-
[1] 郭艳君, 丁一汇.近50年我国探空温度序列均一化及变化趋势[J].应用气象学报, 2008, 19(6): 646-654. [2] 翟盘茂.中国历史探空资料中的一些过失误差及偏差问题[J].气象学报, 1997, 55(5): 563-572. [3] 翟盘茂, 郭艳君.高空大气温度变化研究[J].气候变化研究进展, 2006, 2(5): 228-232. [4] 郭艳君, 李庆祥, 丁一汇.探空资料中的人为误差对中国温度长期变化趋势的影响[J].大气科学, 2009, 33(6): 1 309-1 318. [5] 赵天保, 符淙斌, 柯宗建, 等.全球大气再分析资料的研究现状与进展[J].地球科学进展, 2010, 25(3): 241-254. [6] BENGTSSON L, HAGEMANN S, HODGES K I. Can climate trends be calculated from reanalysis data?[J]. J Geophys Res Atmos, 2004, 109(D11): 839-856. [7] 董佩明, 黄江平, 刘桂青. FY-3A微波探测资料的直接同化应用及云雨条件下的亮温模拟[J].热带气象学报, 2014, 30(2): 302-310. [8] 董佩明, 刘健文, 刘桂青, 等. ATMS卫星资料的同化应用及与AMSUA/MHS的比较研究[J].热带气象学报, 2014, 30(4): 623-632. [9] 袁金南, 蒙伟光, 张艳霞, 等. AMSU-A温度反演及其对南海热带低压暖心的分析[J].热带气象学报, 2013, 29(6): 889-898. [10] 魏应植, 许健民, 周学鸣.台风"杜鹃"的AMSU卫星微波探测资料分析[J].热带气象学报, 2005, 21(4): 359-367. [11] GAFFEN D J. Temporal inhomogeneities in radiosonde temperature records[J]. J Geophys Res Atmos, 1994, 99(D2): 3 667-3 676. [12] LANZANTE J R, KLEIN S A, SEIDEL D J. Temporal homogenization of monthly radiosonde temperature data Part Ⅰ: Methodology[J]. J Clim, 2003, 16(2): 224-240. [13] 廖蜜, 张鹏, 吴雪宝, 等.利用MSU序列研究高空大气温度变化的进展[J].气象, 2011, 37(9): 1 151-1 157. [14] SANTER B D. A search for human influences on the thermal structure of the atmosphere[J]. Nature, 1996, 382(6 586): 39-46. [15] 薛德强, 谈哲敏, 龚佃利, 等.近40年中国高空温度变化的初步分析[J].高原气象, 2007, 26(1): 141-149. [16] VINNIKOV K Y, GRODY N C. Global warming trend of mean tropospheric temperature observed by satellites[J]. Science, 2003, 302(5 643): 269-272. [17] MEARS C A, WENTZ F J. Construction of the Remote Sensing Systems V3.2 atmospheric temperature records from the MSU and AMSU microwave sounders[J]. J Atmos Ocean Technol, 2009, 26(6): 1 040-1 056. [18] FU Q, JOHANSON C M. Satellite-derived vertical dependence of tropical tropospheric temperature trends[J]. Geophys Res Lett, 2005, 32(10):1 025-1 029. [19] FU Q, JOHANSON C M, WALLACE J M, et al. Enhanced mid-latitude tropospheric warming in satellite measurements[J]. Science, 2006, 312(5 777): 1 179-1 179. [20] REYNOLDS R W, RAYNER N A, SMITH T M, et al. An improved in situ and satellite SST analysis for climate[J]. J Clim, 2002, 15(13):1 609-1 625. [21] 支星, 徐海明.三种再分析资料的高空温度与中国探空温度资料的季节平均特征对比分析[J].高原气象, 2013, 32(1): 97-109. [22] 谢潇. 全球变暖背景下多种资料的高空温度特征分析[D]. 南京: 南京信息工程大学, 2012. [23] 张秀年, 严华生, 郭世昌. "全球变暖"背景下的全球温度时空变化特征[J].热带气象学报, 2004, 20(5): 561-570. [24] THORNE P W, PARKER D E, CHRISTY J R, et al. Uncertainties in climate trends: Lessons from upper-air temperature records[J]. Bull Amer Meteor Soc, 2005, 86(10):1 437-1 442. [25] MELISSA F, SEIDEL D J, ANGELL J K, et al. Radiosonde atmospheric temperature products for assessing climate (RATPAC): A new data set of large-area anomaly time series[J]. J Geophys Res Atmos, 2005, 110(D22): 3 093-3 109. [26] 王荣英, 周顺武, 吴萍, 等.近30 a华北地区高空气温时空演变特征[J].气象与环境科学, 2010, 33(4): 31-37. [27] 谢潇, 祁莉, 何金海. 1980-2009年中国东部上空温度变化特征[J].气候变化研究进展, 2013, 9(2): 102-109. [28] 王颖, 任国玉.中国高空温度变化初步分析[J].气候与环境研究, 2005, 10(4): 780-790. -
下载:
点击查看大图
图(6)
计量
- 文章访问数: 1037
- HTML全文浏览量: 56
- PDF下载量: 657
- 被引次数: 0
粤公网安备 4401069904700003号