全球大气温度廓线的统计特性分析

罗双; 尹球

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2019.050

全球大气温度廓线的统计特性分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.050

罗双^{1, 2, 3},
尹球^{1, 2, ,}

1.
上海市气象局，上海 200030
2.
中国气象局气象卫星用户办公室，上海 200030
3.
中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心，北京 100081

基金项目:

上海市气象局科技开发项目 YJ201408

上海市气象局气象新苗培养计划 2018—2020年

详细信息

通讯作者:
尹球，男，江苏省人，研究员，博士，主要从事遥感信息处理与应用研究。E-mail：yinqiu@cma.gov.cn

中图分类号: P423
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出版历程
- 收稿日期: 2018-09-02
- 修回日期: 2019-03-08
- 刊出日期: 2019-08-01

STATISTICAL CHARACTERISTICS ANALYSIS OF GLOBAL TEMPERATURE VERTICAL PROFILE

Shuang LUO^{1, 2, 3},
Qiu YIN^{1, 2
, ,}

1.
Shanghai Meteorological Service, Shanghai 200030, China
2.
Meterological Satellite User's Office of CMA, Shanghai 200030, China
3.
Key Laboratory of Radiometric Calibration and Validation for Environmental Satellites, National Satellite Meteorological Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China

摘要

摘要: 利用欧洲数值预报中心发布的第三代ERA-Interim月平均再分析资料对1979—2016年全球大气温度廓线进行统计，分别探讨了南、北半球大气温度廓线平均值和标准差随季节、纬度和海陆的时空分布特征，并与国内外常用的AFGL标准大气廓线进行了对比。研究结果表明：南、北半球各高度层温度的平均值、频数最大温度区间和最大值垂直分布均随高度先减小后增加；在大气低层，多年的温度波动较大，200 hPa处波动达到最小；不论是北半球还是南半球，大气温度平均值廓线均具有典型的纬度差异，其中低纬度季节性差异较小，中纬度次之，高纬季节性差异最大；各季节大气温度廓线的海陆差异不同，且南半球海陆差异比北半球大。大气温度标准差廓线同样存在纬度、海陆和季节分布差异。根据ECMWF再分析资料构建的温度廓线较AFGL标准大气廓线而言具有更加丰富的时空分布等细节特征，并且代表了气候变化后最新的大气温度状况。有关结果可作为现有标准大气廓线的更新和完善，为新型卫星仪器应用性能评估、辐射传输算法和大气反演方法评价和对比分析提供支持。
- ERA-Interim /
- 垂直廓线 /
- 时空分布 /
- 温度
Abstract: Based on ERA-Interim monthly means reanalysis data published by European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, the global temperature vertical profiles during the period of 1979 to 2016 are analyzed. The major research contents include the temporal & spatial statistical characteristics of mean and standard deviation of temperature profiles over the Northern and Southern Hemispheres, as well as a comparison with AFGL standard atmospheric profile. The results are shown as follows: (1) The mean, highest frequency and maximum vertical distribution of temperature at each altitude layer in the Southern and Northern Hemispheres first decreases and then increases with height. The temperature fluctuation is large in the lower atmosphere and reaches the minimum at 200hPa between 1979 to 2016; (2) Both in the Northern Hemisphere and Southern Hemisphere, the vertical profiles of atmospheric temperature have latitudinal discrepancies. Seasonal difference in the low latitude is small, while in the middle latitude and high latitude is obvious. Temperature profiles over land and sea are different in each season, and the differences in the Southern Hemisphere is bigger than those in the Northern Hemisphere. The standard deviation profile of atmospheric temperature also has spatial and temporal distribution differences; (3) The temperature profile based on ECMWF reanalysis data has more details such as time and space distribution characteristics than AFGL standard profile and represents the atmospheric temperature after climate change. This study can provide large supports for new satellite instrument application performance evaluation, radiation transmission algorithm and atmospheric inversion method evaluation and comparative analysis, updating and optimizing current standard atmospheric profile.
- ERA-Interim /
- vertical profile /
- spatial and temporal /
- temperature

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图 1 ERA-Interim海陆掩膜文件

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图 2 大气温度廓线样本频数分布及平均值

a.北半球；b.南半球。颜色代表频数。

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图 3 南、北半球大气温度廓线标准差垂直分布

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图 4 各季节大气温度的垂直分布

a、c.北半球；b、d.南半球；a、b.平均值；c、d.标准差。

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图 5 南、北半球各纬度带大气温度廓线分布

a、c、e.北半球；b、d、f.南半球；a、b.低纬度；c、d.中纬度；e、f.高纬度。

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图 6 各纬度和海陆大气温度垂直分布

a、c.北半球；b、d.南半球；a、b.平均值；c、d.标准差。

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图 7 北半球各季节海洋和陆地的大气温度廓线

a.春季；b.夏季；c.秋季；d.冬季。

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图 8 南半球各季节海洋和陆地的大气温度廓线

a.春季；b.夏季；c.秋季；d.冬季。

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图 9 AFGL标准大气模式

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表 1 各分析区域内像元个数统计

单位：个。
半球	类型	低纬	中纬	高纬	合计
北半球	海洋	1 133	802	1 025	2 960
北半球	陆地	451	782	559	1 792
南半球	海洋	1 217	1 513	587	3 317
南半球	陆地	367	71	997	1 435

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表 2 平流层和对流层各季节大气温度垂直变化率

单位：K/hPa。
半球	高度	春季	夏季	秋季	冬季
北半球	对流层^*	0.078	-0.087	-0.083	-0.076
北半球	平流层	0.212	0.248	0.162	0.166
南半球	对流层	-0.082	-0.080	-0.080	-0.082
南半球	平流层	0.289	0.274	0.169	0.133
*对流层顶高度采用最小温度法确定。

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表 3 AFGL标准大气模式与本文根据ECMWF资料构建的温度廓线特征对比

廓线名称	纬度	海陆	季节	覆盖区域	标准差
AFGL	高、中、低纬。	不区分	低纬度不区分季节，中高纬度分为夏季、冬季	仅北半球	不包含
本文	高、中、低纬	海洋、陆地	低纬度不区分季节，中高纬度分为春季、夏季、秋季、冬季	南半球、北半球	包含

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表 4 各高度层AFGL标准大气模式与本文根据ECMWF资料构建的大气廓线温度差（北半球中纬度夏季）

ECMWF		AFGL		两者温差 /K
气压/hPa	温度/K	气压/hPa	温度/K	两者温差 /K
900	288.3	902	289.7	1.4
800	283.4	802	285.2	1.8
550	266.0	554	267.2	1.2
175	218.9	179	215.8	-3.1
150	216.9	153	215.7	-1.2
125	214.8	130	215.7	0.9
100	213.7	95	215.7	2.0
70	215.0	69.5	217.9	2.9
50	217.9	51	220.4	2.5
30	222.4	32.2	223.9	1.5

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