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FY-3卫星遥感海表温度资料同化试验及结果分析

何娜  肖贤俊  张祖强  肖华东  刘怀明  
【摘要】:海洋气象研究特别是业务预报中对卫星遥感观测资料的应用已经越来越引起人们的关注和重视。较之于稀疏的浮标或船舶的海洋观测资料,卫星遥感资料能提供覆盖全球的,高密度的时空连续数据,使我们得到更丰富的海洋观测信息。因此,遥感数据在海洋资料同化中的应用研究得到越来越多的关注。我国去年5月发射的新一代极轨气象卫星-风云三号(简称FY-3)具有获取全球、全天候海洋及空间环境参数的能力。其提供的气象卫星可见光红外辐射计(VIRR)海表温度产品是一种新的海洋表面温度(SST)资料,填补了国内极轨气象卫星海表温度资料的空白。在气候和海洋科学研究中,海洋表面温度是一个重要的变量,它是海气热力交换的一个重要表征量,与ENSO、MJO等重要的海洋气候现象紧密关联,也是全球变暖、气候变化的一个重要的指示量。海表温度资料的同化历来很受重视,它可以显著提高季节预报的准确率。基于上述背景,本文利用国家气候中心正在发展的第二代全球海洋资料同化系统(BCC_GODAS2.0),使用FY-3气象卫星VIRRSST的试验产品进行同化试验,通过检验其效果,为FY-3海表温度资料在该资料同化系统中的业务应用提供参考。针对FY-3的SST试验产品,我们也开发了质量控制系统对数据进行严格的质量控制,以保证进入同化系统的观测资料质量。本文同化的观测资料时段是从2009年3月至2010年2月12个月的FY-3卫星遥感海表温度资料。针对卫星遥感海表温度资料的特点,通过数据稀疏化、位置检查、极值检查和空间一致性检查四步质量控制,将不合理的海温值进行了剔除。分别用甚高分辨率辐射计(AVHRR)SST和VIRRSST进行了质量控制试验,通过和OISST进行对比分析,证明了质量控制方案能有效的剔除了不合理的海温值,保证了进入同化系统前的观测资料的质量。通过四步质量控制,识别剔除了约占总数据量的25%不合理数据。剔除的数据主要分布在热带太平洋海域、海岸交界处及两极地区。利用BCC_GODAS_2.0对经过质量控制后的VIRRSST资料进行了全球的1年资料同化试验,同化试验结果使用热带太平洋准实时观测系统(TAO)、最优插值海表温度(OISST)以及NCEP的全球海洋资料同化系统温、盐数据(GODAS)进行检验。试验结果证明,由于现在所用FY-3是试验产品,质量较不稳定,部分时候偏差较大,质量控制只能去除极端异常值,对于偏差无法去除。因此,同化后部分地区效果不理想,但是对热带海域改善效果还是比较明显的,尤其在热带西太平洋区域,与OISST的海表温度及GODAS的海表盐度相比温度及盐度的均方根误差较同化前分别降低了0.1℃和0.228psu,并且在海洋的垂直方向上对混合层及温跃层的温、盐改善比较明显。因此我们认为,随着FY-3试验产品的质量趋于稳定,同化产品效果也会得到提升,FY-3的SST资料有比较高的业务应用价值。

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