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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
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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

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