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行业专项成果综述-风云二号云导风改进和历史资料再处理

发布者:张岳   来源:   发布时间:2018/7/3 16:40:10   标签:   浏览次数:195

一波中特参考资料 www.81icx.cn

项目编号GYHY201006034

研究周期20131月至201512

国拨经费301万元

项目负责人】许健民

项目骨干成员张其松 张晓虎 郭强 陈博洋 韩威 佟华 王毅涛 张玺 刘永柱揚建新 楊寅 金雪

项目承担单位国家卫星气象中心

项目协作单位国家气象中心

主要研究成果

成果一:研究了提高卫星风质量的算法

 

  1. 用风矢量附近无云区的数据估计云下背景辐射

        准确估计半透明云风矢量的高度时,须要使用云下背景辐射。这个变量发生在云层的下面,没有被卫星直接观测到。本项目用风矢量附近无云区的数据,推测从半透明云下面上行的背景辐射。在追踪区域里存在无云区的情况下,追踪区内的红外最高亮温,可以代表红外通道的背景辐射;而水汽通道的背景辐射,却在红外亮温高值区段内,水汽亮温相对较低的地方。在追踪区内找不到无云区的情况下,扩大搜索范围,在找到无云区以后,再估计云下背景辐射[1]。

     

  2. 用代表运动的像元估计来自半透明云体的辐射

        以前的半透明云高度订正算法,图像块中全部像元都参与聚类分析,得到来自半透明云体的辐射。在图像块中,既可能包括云像元,也可能包括位于云的边缘,甚至地面像元。使用代表运动的像元,就是从图像块中,把可以代表运动的云像元挑选出来,用代表运动像元的加权平均红外和水汽辐射进行聚类,获得来自半透明云体的辐射,然后进行高度订正处理。对代表运动像元的考察,在风矢量高度估计中,起到了排除地面像元和变化之中云像元的作用。迅速变化的云,对相关系数的贡献小,甚至为负值,在风矢量高度估算的过程中,被有效地被排除了[2]。

     

  3. 改善恶劣观测条件下图像定位的质量

        图像定位的质量与卫星风的质量关系极大。目前风云二号气象卫星图像定位的业务运行质量总体优良。定位质量有问题的时段出现在卫星轨道和姿态控制以后的一天之内和星蚀期间。采用再定位技术,显著地改善了质量有问题时段的图像定位质量[3]。

     

  4. 提高FY-2卫星定标精度

        定标的精度对风高度的确定有直接影响。采用与国际卫星互定标、星上黑体定标、“CIBEL”月球基准定标等措施,提高了FY-2卫星定标精度。其中尤其是“CIBEL” 月球基准定标以实验室定标结果为依据,以精确控温的内黑体为载体,通过试验建立了新的辐射方程模型,实现了星地高精度的辐射基准传递,提供更准确的定标结果[4]。

     

  5. 剔除图像中由于数据传递带来的误码

        在实际业务中,图像中的少数像元点可能出现在数据传递过程中随机发生的误码,影响其周边地区风矢量的质量。用图像滤波方法剔除误码点,减少了漏追踪、误追踪出现的可能性。

     

  6. 改善风矢量的追踪质量

        追踪图像块设定大,误追踪的概率小,但是求出的风速偏小。为了降低风速的偏差,在追踪相关系数大于0.8的地方,用半大小的追踪图像块进行第二次追踪,使整幅圆盘图的平均风提高约2m/s,有效地减少了追踪误差[5]。

     

    成果二:经项目研究,FY-2卫星风矢量的质量得到了大幅度的改善

     

        欧洲中期预报中心20155月发表的第36号技术报告:Atmospheric Motion Vector observations in the ECMWF system: Fourth year report[6] [7]给予了专门的关注。该报告称,对于在印度洋上的印度 INSAT-3D、欧洲Meteosat-7 和中国FY-2E 三颗卫星风矢量的质量进行了监视、统计和比较。结果表明,在测试期间,欧洲Meteosat-7 和中国FY-2E 两颗卫星风矢量的质量非常类似。长期监视和统计的结果表明,2011年秋季以后,FY-2E星的偏差和标准差都大大地降低了。2014年底以后,FY-2E星风矢量的数目增加了四倍?!?/span>Comparison of the monitoring statistics for INSAT-3D, Meteosat-7 and FY-2E in the previous section showed that Meteosat-7 and FY-2E AMVs share during the test period very similar characteristics. Long term monitoring statistics indicate that the quality of FY-2E AMVs has improved significantly during past years. After autumn 2011 the magnitude of bias and standard deviation has significantly decreased. In late 2014 the number of available AMVs has increased by a factor of 4 with some changes in the bias characteristics.

     

    成果三:进行了FY-2卫星风矢量历史资料再处理

     

    使用改善以后的风矢量算法软件,重新处理了2006年至2013年的FY-2卫星数据。经过再处理,FY-2卫星历史数据库中的风矢量,已经达到算法改进后同样的质量水平。

     

    成果应用情况

    应用一:从201411月起,改进后的算法已经在国家卫星气象中心实时业务中使用。

     

    应用二:风云二号卫星风矢量,己经在的GRAPES业务模式中同化使用

  7. 评估情况

        中国气象局数值预报中心对算法改进前后的卫星风资料进了评估。评估结果认为:算法改进后FY-2E红外通道风的观测资料数明显增加,其中质量指数>80的观测数占整体观测资料数的83%。从水平分布来看,海上风的密度增加。从垂直分布来看,改进算法后,FY-2E红外通道风资料在中高层增幅明显。与数值预报最终分析进行对比表明,算法改进后FY-2E红外风在高层质量提高更多,也更满足正态分布;在中低层改进效果不明显。连续试验表明,改进算法后的FY-2E红外风对GRAPES全球数值模式的高层风场有改善。风场与最终分析资料进行比较,北半球和东亚地区在300-150hPa均方根误差均有所减少。对比分析FY-2E红外通道风观测误差的垂直分布发现,改进算法后观测误差在600-200hPa要小于旧算法,很好地解释了为什么风场同化在高层有一定改进[8]。

     

  8. 使用情况

        质量改善以后的风云二号卫星风矢量,己经在全球GRAPES_3DVar业务模式中实际应用。同化影响效果分析显示,无论在北半球、南半球和热带,同化质量指数>80FY-2E红外通道风对GRAPES全球模式预报都有正贡献[9]。比较旧算法,7天预报的500hPa高度场的距平相关系数略提高,500hPa高度场的均方根误差略减小[8]。

     

  9. 使用效果

        同化后,在水汽风分布较集中的500-150hPa,高度场的均方差都有减少。预报影响效果分析表明,在同化中加入水汽风以后,3-6500hPa高度场距平相关系数都略有改善,其中第6天改进0.02[10]。增加风资料以后,对系统的降水预报有一定程度的改善[9],水汽风同化以后,大降水预报技巧的改善更显著[10]。

     

应用三:风云二号卫星风矢量产品在天气预报中的应用,己经在每年举行的卫星资料应用会议上推广

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