红外高光谱卫星资料分析与同化对台风预报的影响研究

With the development of hyper-spectral remote sensing technique, satellite retrieved profiles offer high spectral and vertical resolution of the atmospheric structure. They play an increasingly important role in the regional numerical forecast for high-impact weather, such as typhoons. The objective of this study will focus on the diagnosis and assimilation impacts of hyper-spectral infrared satellite retrievals on the typhoon analysis and forecasts. As a new data resource, they can reveal the temperature and moisture environment with high vertical resolution around the typhoon system to understand the reason of its movement and intensity change.Moreover, assimilating these profiles in the regional numerical model can help disclose their contribution and the possible mechanism for the forecast improvement. Therefore, this study will work on how to process, analyse and assimilate the hyper-spectral infrared data.

随着红外高光谱遥感技术的兴起，卫星遥感大气廓线朝着高光谱分辨率和高垂直分辨率的方向发展，从而提供出更丰富的大气结构信息。它们在改进区域数值预报模式中对台风等灾害性天气预报的作用越来越重要。本课题研究的目标是：如何利用经过反演处理的红外高光谱卫星资料改进对台风的分析和预报。在台风发生发展迅速、但常规观测稀缺的洋面上，红外高光谱卫星资料作为一种新的大气遥感探测数据源，可以揭示常规资料难以观测到的台风周围环境温度和湿度场高垂直分辨率的三维结构特征，为认识其移动和强度变化提供依据。通过对该资料进一步的数值同化和预报模拟试验研究，可以加深了解该资料（及所反映的环境场特征）对台风预报的贡献大小及其可能影响机制。本项目将围绕如何处理、分析和同化红外高光谱卫星遥感资料开展相关研究。

卫星红外高光谱遥感资料为常规观测资料稀疏的海洋地区提供了丰富的大气三维结构信息，对于台风天气的分析与预报起着重要作用。本项目首先对卫星红外高光谱资料所反映的台风外围环境场的温湿度结构进行了分析，发现该资料能够较合理地反映出台风附近相对于其周围环境场的温暖、偏湿的水平和垂直三维结构特征。与欧洲中心ECMWF分析场的数据相比，温度偏差较小，湿度是中下层偏干。随着云量的增多,温湿度廓线的相关系数均减小、误差增大, 尤其是云量较大时(云量>0.3)较明显。进一步质量控制和偏差订正可以控制低层由于云量增多而导致的温湿度误差的快速增大。其次，项目利用区域数值天气模式（WRF-ARW）及其三维变分同化（3DVAR）方法，对所选的台风个例（2008年“森拉克”、2009年“莫拉克”和2012年“苏拉”）进行循环同化和滚动预报模拟试验，分析了红外高光谱资料对台风预报的贡献及可能的影响机制。主要研究结论如下：晴空区红外高光谱反演资料同化对路径预报有一定作用，对强度预报的作用不明显；云区资料同化能对强度预报有一定贡献，但必须首先进行偏差订正；通过多源卫星的红外高光谱资料来增加观测资料的时间频次可以改进台风预报水平。