ISSN 1004-4965

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基于加密探空资料的上海不同云天下AIRS/Aqua相对湿度廓线反演精度研究

蒋文泽 刘琼 陈勇航 黄艺伟 赵兵科 吴峻石 周海江 陈帅妤

蒋文泽, 刘琼, 陈勇航, 黄艺伟, 赵兵科, 吴峻石, 周海江, 陈帅妤. 基于加密探空资料的上海不同云天下AIRS/Aqua相对湿度廓线反演精度研究[J]. 热带气象学报, 2022, 38(2): 301-310. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.027
引用本文: 蒋文泽, 刘琼, 陈勇航, 黄艺伟, 赵兵科, 吴峻石, 周海江, 陈帅妤. 基于加密探空资料的上海不同云天下AIRS/Aqua相对湿度廓线反演精度研究[J]. 热带气象学报, 2022, 38(2): 301-310. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.027
JIANG Wenze, LIU Qiong, CHEN Yonghang, HUANG Yiwei, ZHAO Bingke, WU Junshi, ZHOU Haijiang, CHEN Shuaiyu. RESEARCH ON RETRIEVAL ACCURACY OF AIRS/AQUA RELATIVE HUMIDITY PROFILE UNDER DIFFERENT CLOUD CONDITIONS IN SHANGHAI BASED ON ENCRYPTED SOUNDING DATA[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2022, 38(2): 301-310. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.027
Citation: JIANG Wenze, LIU Qiong, CHEN Yonghang, HUANG Yiwei, ZHAO Bingke, WU Junshi, ZHOU Haijiang, CHEN Shuaiyu. RESEARCH ON RETRIEVAL ACCURACY OF AIRS/AQUA RELATIVE HUMIDITY PROFILE UNDER DIFFERENT CLOUD CONDITIONS IN SHANGHAI BASED ON ENCRYPTED SOUNDING DATA[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2022, 38(2): 301-310. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.027

基于加密探空资料的上海不同云天下AIRS/Aqua相对湿度廓线反演精度研究

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.027
基金项目: 

国家重点研发计划 2018YFC1506305

国家重点研发计划 2017YFA0603502

国家自然科学基金项目 41975029

灾害天气国家重点实验室开放课题 2018LASW-B11

详细信息
    通讯作者:

    刘琼,女,江西省人,讲师,博士,主要从事大气环境遥感方面的研究。E-mail: lindall1987@163.com

  • 中图分类号: P412.2

RESEARCH ON RETRIEVAL ACCURACY OF AIRS/AQUA RELATIVE HUMIDITY PROFILE UNDER DIFFERENT CLOUD CONDITIONS IN SHANGHAI BASED ON ENCRYPTED SOUNDING DATA

  • 摘要: 目前云对卫星相对湿度廓线反演精度的影响研究大多是针对云量,对其他云属性的影响研究尚少,云高也是影响卫星相对湿度廓线反演精度的重要因素。利用上海宝山站L波段(1型)加密探空资料,分析了上海地区7—9月不同质量控制标识、云量和云顶高度条件下大气红外探测器AIRS/Aqua (Atmospheric Infrared Sounder) 相对湿度廓线的反演精度,以期为今后开展AIRS等卫星资料的同化研究提供科学依据。结果表明:(1)AIRS相对湿度廓线反演误差随着云量的增加而逐渐增大,并且随着气压值的升高,少云与多云时的均方根误差(Root Mean Squared Error, RMSE)之差有逐渐增大的趋势;(2)云顶高度越高,AIRS相对湿度廓线反演精度越差,云顶以上湿度廓线反演精度更高,而云顶以下高度的反演误差较大;(3)高云且多云时,AIRS相对湿度廓线的反演精度最差,850 hPa处,AIRS相对湿度反演数据与探空资料绝对误差的下限达到了[-63.51%];(4)虽然质量控制标识为0时,AIRS湿度廓线在对流层范围内的反演精度仍达不到无线电探空的水平,但是相对于质量控制标识1时,反演精度明显提高。

     

  • 图  1  50~1 000 hPa高度范围内AIRS质量控制标识为0和1时相对湿度反演数据的MB(a)和RMSE(b)

    a中的误差线是各气压层统计的MB的标准差,下同。

    图  2  AIRS质量控制标识为0和1时相对湿度反演数据和与之匹配的探空观测散点图

    红色实线表示两者之间的线性拟合、绿色实线表示y = x

    图  3  不同云量条件下50~1 000 hPa高度范围内AIRS相对湿度反演数据的MB(a)和RMSE(b)

    图  4  不同云顶高度条件下50~1 000 hPa高度范围内AIRS相对湿度反演数据的MB(a)和RMSE(b)

    图  5  不同云量和云顶高度条件下50~1 000 hPa高度范围内AIRS相对湿度反演数据的箱式图

    a~d为低云且少云、高云且少云、低云且多云、高云且多云时相对湿度反演情况。

    表  1  2018年7—9月AIRS和探空数据的相对湿度廓线精度比较

    气压层/hPa 相关系数R P(F检验) 相对湿度MB/% 相对湿度RMSE/% 相对湿度样本数
    50 0.45 1.92x10-3 -16.18 17.89 46
    70 0.45 1.61X10-3 -8.38 11.98 47
    100 0.51 2.93x10-4 18.85 25.80 47
    150 0.52 1.23x10-4 13.92 19.80 49
    200 0.57 2.30x10-5 10.00 16.69 49
    250 0.73 3.40x10-9 11.27 17.87 48
    300 0.71 1.48x10-8 10.49 20.64 48
    400 0.82 3.64x10-12 8.44 16.60 46
    500 0.75 2.66x10-9 6.35 16.55 45
    600 0.82 1.00x10-11 -0.60 16.50 44
    700 0.76 6.31x10-9 -8.31 20.12 42
    850 0.26 0.11 -16.23 26.44 39
    925 0.44 4.74x10-3 -10.83 17.74 40
    1 000 0.42 7.82x10-3 5.17 14.46 39
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  • [1] 王曦, 宋国琼, 姚展予, 等. 用AMSU资料反演西北太平洋海域大气湿度廓线的研究[J]. 北京大学学报(自然科学版), 2010, 46(1): 69- 78.
    [2] 马鹏飞, 陈良富, 陶金花, 等. 利用红外高光谱资料CrIS反演大气温湿廓线的模拟研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2014, 34(7): 1 894-1 897.
    [3] CHRISTIAN B, MATTHIAS S, BENJAMIN E, et al. Evaluation of MUSICA IASI tropospheric water vapour profiles using theoretical error assessments and comparisons to GRUAN Vaisala RS92 measurements[J]. Atmospheric Measurement Techniques, 2018, 11(9): 4 981- 5 006.
    [4] 蒋德明. 高光谱分辨率红外遥感大气温湿度廓线反演方法研究[D]. 南京: 南京信息工程大学, 2007.
    [5] 官莉, HUANG H L, 王振会. 红外高光谱资料反演有云时大气温湿廓线的模拟研究[J]. 遥感学报, 2008 (6): 987-992.
    [6] 顾雅茹, 刘延安, 刘朝顺, 等. 高光谱红外探测仪温湿度廓线在华东地区的真实性检验[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2018, 64 (3): 146-156.
    [7] TOBIN D C, REVERCOMB H E, KNUTESON R O, et al. Atmospheric Radiation Measurement site atmospheric state best estimates for Atmospheric Infrared Sounder temperature and water vapor retrieval validation[J]. J Geophy Res, 2006, 111(D9): D09S14.
    [8] SUSSKIND J, BARNET C, BLAISDELL J, et al. Accuracy of geophysical parameters derived from Atmospheric Infrared Sounder / Advanced Microwave Sounding Unit as a function of fractional cloud cover[J]. J Geophy Res, 2006, 111(D9)
    [9] SUSSKIND J, BARNET C, BLAISDELL J. Retrieval of Atmospheric and Surface Parameters from AIRS/AMSU/HSB Data Under Cloudy Conditions[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2003, 41(2): 390-409.
    [10] DIVAKARLA M G, BARNET C D, GOLDBERG M D, et al. Validation of Atmospheric Infrared Sounder temperature and water vapor retrievals with matched radiosonde measurements and forecasts[J]. J Geophysical Research, 2006, 111(D9): D09S15.
    [11] ZENG Z, MAO F, WANG Z, et al. Preliminary Evaluation of the Atmospheric Infrared Sounder Water Vapor Over China Against High in resolution Radiosonde Measurements[J]. J Geophy Res Atmos, 2019, 124. doi: 10.1029/2018JD029109.
    [12] SMITH W L, ROSENKRANZ P W, KALNAY E, et al. AIRS/AMSU/HSB on the Aqua mission: design, science objectives, data products, and processing systems[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2003, 41(2): 253-264.
    [13] 刘旸, 蔡波, 班显秀, 等. AIRS红外高光谱资料反演大气水汽廓线研究进展[J]. 地球科学进展, 2013, 28(8): 890-896.
    [14] 蒋德明, 董超华, 曹思沁. 附加影响因子对红外遥感资料反演大气温湿廓线的辅助作用[J]. 热带气象学报, 2009, 25(S1): 79-84.
    [15] 倪成诚, 李国平, 熊效振. AIRS资料在川藏地区适用性的验证[J]. 山地学报, 2013, 31(6): 656-663.
    [16] 占瑞芬, 李建平. 青藏高原地区大气红外探测器(AIRS)资料质量检验及揭示的上对流层水汽特征[J]. 大气科学, 2008(2): 242-260.
    [17] MARIAN A O, LEONARD K A, CRAIG R F, et al. Inter-Comparison of AIRS Temperature and Relative Humidity Profiles with AMMA and DACCIWA Radiosonde Observations over West Africa[J]. Remote Sensing, 2020, 12(16): 2 631.
    [18] 马玉芬, 潘红林, 张海亮, 等. 大气红外探测器(AIRS)资料在塔克拉玛干沙漠的适用性检验与评估[J]. 干旱区地理, 2018, 41(5): 908- 922.
    [19] 程海艳, 余晔, 陈晋北, 等. 大气红外探测器(AIRS)温、湿廓线反演产品及边界层高度在黄土高原的验证[J]. 高原气象, 2018, 37(2): 432- 442.
    [20] 黄兵, 白洁, 刘健文, 钟中. 红外超光谱资料(AIRS)反演"云娜"台风外围晴空大气温度廓线的研究[J]. 热带气象学报, 2007, 23(4): 401- 408.
    [21] PU Z X, ZHANG L. Validation of Atmospheric Infrared Sounder temperature and moisture profiles over tropical oceans and their impact on numerical simulations of tropical cyclones[J]. J Geophysical Research, 2010, 115(D24). doi: 10.1029/2010JD014258.
    [22] GETTELMAN A, WEINSTOCK E M, FETZER E J, et al. Validation of Aqua satellite data in the upper troposphere and lower stratosphere with in situ aircraft instruments[J]. Geophysical Research Letters, 2004, 31(22): 359-393.
    [23] WU L. Comparison of atmospheric infrared sounder temperature and relative humidity profiles with NASA African Monsoon Multidisciplinary Analyses (NAMMA) dropsonde observations[J]. J Geophy Res, 2009, 114(D19). doi: 10.1029/2009JD012083.
    [24] 范思睿, 王维佳, 林丹. 基于ISCCP云资料的中国地区不同类型云的时空分布[J]. 干旱气象, 2020, 38(02): 213-225.
    [25] GUAN S, ZHAO W, SUN L, et al. Tropical cyclone-induced sea surface cooling over the Yellow Sea and Bohai Sea in the 2019 Pacific typhoon season[J]. Journal of Marine Systems, 2021, 217(6): 103509.
    [26] SUN B, REALE A, TILLEY F H, et al. Assessment of NUCAPS S-NPP CRIS / ATMS Sounding Products Using Reference and Conventional Radiosonde Observations[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations & Remote Sensing, 2017, PP(6): 1-11.
    [27] 李伟, 王志文, 谢庄, 等. 高空探测资料气球漂移的计算方法[J]. 应用气象学报, 2005(6): 835-840.
    [28] 盛裴轩, 毛节泰, 李建国, 等. 大气物理学[M]. 北京: 北京大学出版社, 2013.
    [29] ZHAO T, DAI A, WANG J. Trends in tropospheric humidity from 1970 to 2008 over China from a homogenized radiosonde dataset[J]. J Climate, 2012, 25(13): 4 549-4 567.
    [30] 刘瑞霞, 刘杰, 刘月丽. AIRS反演中国区域上对流层水汽分布特征研究[J]. 气候变化研究进展, 2016, 12(1): 1-9.
    [31] QIN J, YANG K, KOIKE T, et al. Evaluation of AIRS Precipitable Water Vapor against Ground-based GPS Measurements over the Tibetan Plateau and Its Surroundings[J]. Journal of the Meteorological Society of Japan, 2012, 90C: 87-98.
    [32] 陈勇航, 黄建平, 王天河, 等. 西北地区不同类型云的时空分布及其与降水的关系[J]. 应用气象学报, 2005(6): 717-727, 862.
    [33] 董超华, 李俊, 张鹏, 等. 卫星高光谱红外大气遥感原理与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2013.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-07
  • 修回日期:  2021-10-18
  • 网络出版日期:  2022-06-11
  • 刊出日期:  2022-04-20

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