留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

利用折射指数推算大气纬圈平均风场方法

肖卫华 符养 高太长 杜晓勇 薛震刚 郭粤宁

肖卫华, 符养, 高太长, 等. 利用折射指数推算大气纬圈平均风场方法. 应用气象学报, 2011, 22(3): 346-355..
引用本文: 肖卫华, 符养, 高太长, 等. 利用折射指数推算大气纬圈平均风场方法. 应用气象学报, 2011, 22(3): 346-355.
Xiao Weihua, Fu Yang, Gao Taichang, et al. Deriving atmospheric zonal mean winds from refractive index data. J Appl Meteor Sci, 2011, 22(3): 346-355.
Citation: Xiao Weihua, Fu Yang, Gao Taichang, et al. Deriving atmospheric zonal mean winds from refractive index data. J Appl Meteor Sci, 2011, 22(3): 346-355.

利用折射指数推算大气纬圈平均风场方法

详细信息
    通信作者:

    肖卫华, E-mail: xiaowh123456@yahoo.cn

Deriving Atmospheric Zonal Mean Winds from Refractive Index Data

  • 摘要: 鉴于地转风、梯度风和平衡风各自计算风场的特点,该文利用COSMIC掩星折射指数资料,根据大气折射指数与大气密度、风场之间的关系,选用梯度风方程,建立了推算20~60 km中层大气纬圈平均风场的方法,分别与ECMWF提供的ERA-interim及NASA/GMAO提供的MERRA再分析风场资料对比验证。选用2007年1,4,7月和10月的COSMIC掩星折射指数数据,按照构建的方法计算了大气纬圈平均风场,并简单分析了大气纬圈平均纬向风随纬度、高度的变化特征及规律。计算风场与ECMWF及MERRA再分析风场资料变化规律基本一致,符合效果很好, 能够正确反映出纬向平均风场特性。1月及7月不同高度标准偏差、最大偏差随高度增加而增大,标准偏差最大约为6 m/s,最大偏差不超过11 m/s,沿纬度方向相关系数有减小的趋势,但不低于0.98,4月及10月偏差稍小,最大偏差不超过8 m/s。结果表明:利用COSMIC掩星折射指数资料通过梯度风方程计算风场,是获取中层大气20~60 km纬圈平均风场的一种有效方法。
  • 图  1  2007年4月上旬00:00:00—11:59:59 COSMIC掩星事件全球分布

    Fig. 1  The global distribution of radio occultation events from 00:00:00 to 11:59:59 during 1—10 April 2007

    图  2  4月及10月中高纬度纬圈平均经向风速随纬度、高度变化对比 (单位:m·s-1)

    Fig. 2  Latitude-altitude cross section of zone-mean meridional winds from COSMIC, ECMWF, MERRA in April and October (unit: m·s-1)

    图  3  2007年4月及10月不同纬圈平均纬向风速随高度变化曲线及对应的差别

    Fig. 3  Height profiles of the COSMIC and model zone-mean zonal winds derived for various latitudes and the bias in April and October of 2007

    图  4  2007年1月及7月纬圈平均纬向风随纬度、高度变化对比 (单位:m·s-1)

    Fig. 4  Zone-mean zonal winds in January and July of 2007 by COSIC, ECMWF, MERRA datasets and the differences between COSMIC and reanalysis (unit:m·s-1)

    表  1  2007年1月及7月COSMIC计算风场和再分析风场在1~30 hPa等压面的纬圈平均纬向风偏差

    Table  1  The zone-mean zonal winds bias between the COSMIC and reanalysis derived for various heights from 1 to 30 hPa in January and July of 2007

    高度层 最大偏差/(m·s-1) 标准偏差/(m·s-1) 相关系数
    COSMIC与
    ECMWF
    COSMIC与
    MERRA
    COSMIC与
    ECMWF
    COSMIC与
    MERRA
    COSMIC与
    ECMWF
    COSMIC与
    MERRA
    1月 7月 1月 7月 1月 7月 1月 7月 1月 7月 1月 7月
    30 hPa (约23 km) 2.51 2.27 2.86 2.25 1.11 1.01 1.31 1.20 0.997 0.999 0.997 0.999
    20 hPa (约26 km) 3.94 3.04 4.21 3.05 1.50 1.41 1.70 1.69 0.997 0.999 0.997 0.999
    10 hPa (约30 km) 6.63 4.49 7.04 4.70 2.02 2.20 2.27 2.48 0.996 0.998 0.996 0.998
    7 hPa (约33 km) 7.09 5.45 7.89 5.44 2.17 2.70 2.42 2.95 0.996 0.998 0.996 0.998
    5 hPa (约35 km) 7.41 6.29 8.55 6.72 2.34 3.21 2.55 3.69 0.996 0.997 0.996 0.997
    3 hPa (约39 km) 8.26 7.65 9.04 8.93 2.83 3.96 2.79 4.90 0.995 0.997 0.995 0.996
    2 hPa (约42 km) 7.81 9.30 8.52 9.55 3.23 4.72 3.07 5.14 0.994 0.996 0.994 0.996
    1 hPa (约47 km) 7.32 10.82 7.77 10.60 5.08 6.19 4.47 6.00 0.987 0.996 0.990 0.996
    下载: 导出CSV
  • [1] Andrews D G, Holton J R, Leovy C B.Middle Atmosphere Dynamics. London:Academic Press Inc, 1987.
    [2] Hedin A E, Fleming E L, Manson A H, et al. Empirical wind model for the upper middleand lower atmosphere. J Atmos Solar-Terr Phys, 1996, 58:1421-1447. doi:  10.1016/0021-9169(95)00122-0
    [3] Fleming E L, Chandra S, Barnett J J, et al. Zonal mean temperature, pressure, zonal wind and geopotential height as functions of latitude. Adv Space Res, 1990, 10(12):11-59. doi:  10.1016/0273-1177(90)90386-E
    [4] Oberheide J, Hagan M E, Ward W E, et al.Modeling the diurnal tide for the Cryogenic Infrared Spectrometers and Telescopes for the Atmospheric (CRISTA)1 time periode.J Geophys Res, 2000, 105:24917-24929. doi:  10.1029/2000JA000047
    [5] 马瑞平, 廖怀哲.中国地区20—80 km高空风的一些特征.空间科学学报, 1999, 19(4):334-341. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=kjkb199904007&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ
    [6] 刘三军, 熊建刚, 万卫星, 等.利用Aura卫星资料计算全球中层大气背景风场.空间科学学报, 2007, 27(5):400-408. doi:  10.11728/cjss2007.05.400
    [7] Kursinski E R, Hajj G A, Bertiger W L, et a1.Initial results of radio occultation observations of Earth's atmosphere using the Global Positioning System. Science, 1996, 271:1107-1110. doi:  10.1126/science.271.5252.1107
    [8] 杜明斌, 杨引明, 丁金才.COSMIC反演精度和有关特性检验.应用气象学报, 2009, 20(5):586-593. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20090510&flag=1
    [9] Anthes R A, Bernhardt P A, Chen Y, et al. The COSMIC/FORMOSAT-3 mission: Early results. Bull Amer Meteor Soc, 2008, 89:313-333. doi:  10.1175/BAMS-89-3-313
    [10] 徐影, 丁一汇, 赵宗慈.美国NCEP/NCAR近50年全球再分析资料在我国气候变化研究中可信度的初步分析.应用气象学报, 2001, 12(3):337-347. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20010345&flag=1
    [11] http://www.ecmwf.int/research/era/do/get/ERA-Interim_brief.
    [12] 范晓青, 李维京, 张培群.模式大气月尺度可预报性对比研究.应用气象学报, 2003, 14(1):49-60. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20030106&flag=1
    [13] Trenberth K E, Stepanish D P.Apthological problem with NCEP reanalysis in the stratosphere. J Climate, 2002, 16 (6):690-695. http://www.nws.noaa.gov/ost/climate/STIP/Trenberth_jc_02.pdf
    [14] Michele Rienecker, Max Suarez, Ricardo Todling, et al. MERRA & US Reanalysis Plans & Activities. http://www.geofaculty.org:16080/reanalysis/rienecker_MERRA_(presentation).pdf.
    [15] Jarrett Cohen. MERRA Project to Reconstruct Last 30 Years of Earth's Climate and Weather. http://science.gsfc.nasa.gov/606/docs/newsletter/cisto_news.summer07.pdf.
    [16] 庄立伟, 王石立.东北地区逐日气象要素的空间插值方法应用研究.应用气象学报, 2003, 14(5):605-615. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20030575&flag=1
    [17] 高歌, 龚乐冰, 赵珊珊, 等.日降水量空间插值方法研究.应用气象学报, 2007, 18(5):731-736. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=200705111&flag=1
    [18] 刘式达, 刘式适.大气动力学.北京:北京大学出版社, 1999:17-20.
    [19] 肖存英, 胡雄, 田剑华.利用卫星温度资料计算风场的方法分析与比较.地球物理学报, 2008, 51(2):325-336. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQWX200802006.htm
    [20] 徐晓华, 罗佳.COSMIC掩星折射指数廓线的统计验证.武汉大学学报 (信息科学版), 2009, 34(2):214-217. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WHCH200902024.htm
    [21] 蔡兆男, 王永, Liu Xiong, 等.利用探空资料验证GOME卫星臭氧数据.应用气象学报, 2009, 20(3):337-345. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20090310&flag=1
  • 加载中
图(4) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  3085
  • HTML全文浏览量:  893
  • PDF下载量:  2194
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-09-17
  • 修回日期:  2011-02-22
  • 刊出日期:  2011-06-30

目录

    /

    返回文章
    返回