近海面气象参数的反演及应用研究

论文摘要

全球气候与人类活动密切相关，气候研究一直是现代科学家关注的重点问题之一。过去海面气象参数的研究主要借助于浮标和站点的观测，但是它们稀少的观测资料极大地限制了海面气象参数的研究。现在借助卫星观测大大地提高我们的认识能力，卫星可以对全球海洋进行连续观测，获取长期大范围的海洋气象资料，为全面深入地了解大洋甚至全球大气活动提供可能。 本文的工作就是利用卫星资料进行月平均和实时的近海面气象参数的反演及应用研究。利用近十八年SSM／I和AVHRR卫星资料与实测资料进行结合，建立神经网络（ANN）模型反演近海面月平均气温和湿度，与实测资料相比气温的均方根差为0.87℃，相关系数为0.99，相对湿度的均方根差为3.73％，相关性为0.65。利用同步物理方法从TOVS资料反演中国海区上空1000mb到10mb之间的温湿廓线，再利用神经网络方法和基于Bowen比的方法从温湿廓线的结果反演出近海面处的实时气温和露温参数，取得了比较合理的结果，气温和露温结果的均方根差分别是1.85K和2.59K（与实测数据相比）。利用2005年1月的AMSR-E亮温资料对实时气象参数反演进行探讨，分析AMSR-E的各个探测通道与海表温度、近海面气温、湿度和风速等参数的相关性，把12个通道分为四种情况并在每种情况下分别进行试验，选择最合适的组合通道并进行气象参数的反演，结果与TAO资料进行比较，海表温度的均方根差是0.55℃，近海面气温的均方根差是0.74℃，海面湿度的均方根差是3.24％，海面风速的均方根差是1.11m／s。目前，与其它结果相比该结果的精度是最好的。 把以上反演得到的近海面气象参数结果应用于海气界面热通量的计算，以更好地研究海气相互作用。分别采用神经网络和Bulk公式两种方法计算月平均潜热和感热通量，结果与GSSTF2资料进行比较，Bulk方法反演的感热和潜热的均方根差分别为9.05±4.6W／m2和23.7±4.0W／m2，ANN模型得到的分别是7.54±3.0W／m2和20.1±3.2W／m2，结果表明ANN模型得到的结果明显的好于Bulk

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究的意义及背景
• 1.2 海面气象参数反演及海气界面热交换的研究进展
• 1.2.1 有关海面气象参数反演的研究进展
• 1.2.2 有关海气界面热通量的研究进展
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 资料处理方法介绍
• 2.1 神经网络方法
• 2.2 大气垂直探测原理
• 2.3 同步物理方法
• 2.4 海气界面的热交换
• 2.5 经验正交函数分解（EOF）
• 2.6 经验模态分解（EMD）
• 第三章 月平均近海面气温和湿度的反演与分析
• 3.1 数据说明
• 3.2 构造神经网络模型
• 3.3 网络的训练与结果
• 3.4 误差分析
• 3.5 多参数回归法
• 3.6 ANN方法反演的结果与回归方法的比较
• 3.7 ANN反演的结果与NCEP资料的比较
• 3.8 ANN方法反演的全球近海面气温及湿度结果
• 3.9 结果分析
• 3.9.1 近海面气温的平均变化
• 3.9.2 EOF及EMD的分析结果
• 3.10 小结
• 第四章 应用TOVS资料反演近海面实时气温和露温
• 4.1 TOVS卫星简介
• 4.2 数据说明
• 4.3 同步物理方法反演大气温湿廓线
• 4.4 基于Bowen比的方法反演近海面气温和露温
• 4.4.1 基于Bowen比的方法
• 4.4.2 结果分析
• 4.5 神经网络方法反演近海面气温和露温
• 4.5.1 构造ANN模型
• 4.5.2 结果分析
• 4.6 小结
• 第五章 AMSR-E资料进行实时海面气象参数反演的探讨
• 5.1 AMSR-E辐射计简介
• 5.2 数据说明
• 5.3 相关性分析
• 5.4 通道的反演试验
• 5.5 试验结果比较
• 5.6 回归方程的建立
• 5.7 结果分析
• 5.8 小结
• 第六章 热通量的反演
• 6.1 月平均热通量的反演
• 6.1.1 数据说明
• 6.1.2 应用Bulk公式反演月平均热通量
• 6.1.2.1 Bulk公式的应用
• 6.1.2.2 结果分析
• 6.1.3 应用ANN方法反演月平均热通量
• 6.1.3.1 反演潜热和感热通量的ANN模型
• 6.1.3.2 ANN模型反演的热通量
• 6.1.4 Bulk方法与ANN方法的比较
• 6.1.5 Bulk方法反演的结果与其它资料的比较
• 6.2 实时海气界面热通量的反演
• 6.3 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢