formosat3宇宙资料对台风和梅雨预报的影响

郭英华，刘慧，郭永润国家大气研究中心，博尔德美国科罗拉多州

台北市中央气象局滕春泰及林允天

福尔摩沙三号卫星/气象、电离层和气候星座观测系统(FORMOSAT-3/COSMIC)，以下简称COSMIC，是台湾和美国于2006年4月发射的一项卫星任务。raybet雷竞技最新COSMIC由六颗使用全球定位系统(GPS)的小卫星组成无线电掩星(RO)技术对中性大气和电离层进行均匀的全球覆盖。截至2008年1月，COSMIC每天提供大约2000个RO测深数据，以支持研究和操作部门。对东亚国家来说，COSMIC探雷竞技手机版app测对台风和梅雨对流系统的研究特别有价值，因为它们提供了数据稀少的西太平洋和南中国海的观测资料。

在本研究中，我们同化了COSMIC GPSRO探测资料，并研究了它们对台风“姗姗”(2006)预报的影响。同化首先使用WRF-Var (3D-Var)系统进行。我们发现，为了使COSMIC GPSRO探测产生影响，通过循环进行连续同化是至关重要的。在一天的周期内循环一个小时，COSMIC GPSRO测深显著改善了赛道预测。然而，在冷启动实验中，只有7个COSMIC GPSRO测深的同化几乎没有产生任何影响。连续循环同化能够吸收110个GPSRO测深，并具有深远的影响。我们还发现，台风虚假探测的同化改善了台风强度和路径预报，特别是在前两天。

为了评估数据同化系统的影响，我们比较了WRF 3D-Var系统与WRF/DART集成滤波系统在COSMIC GPSRO测深同化方面的性能。结果表明，WRF/DART集成滤波系统比WRF 3D-Var方法更能有效地同化GPSRO数据。特别地，WRF/DART集合滤波系统能够在一天的持续同化后产生一个具有更相干的台风结构的风暴，而WRF 3D-Var产生的风暴则弱得多，相干性更差。

除台风“珊珊”(2006)外，我们利用WRF/DART集合滤波数据同化系统，同化了2007年6月1日至14日与梅雨系统有关的COSMIC两周内的GPSRO测深。我们发现COSMIC资料的同化显著增强了西太平洋副热带高压，从而改善了中国南方和台湾地区梅雨降水的预测。

1.简介

无线电掩星(RO)技术利用全球定位系统(GPS)卫星传输的无线电信号，已成为一种强大而相对便宜的方法，可以在各种天气和陆地和海洋上探测全球大气，具有高精度、准确性和垂直分辨率。1995-1997年的概念验证GPS/MET (GPS气象学)实验首次证明了这一点(Ware等人，1996年)，并由CHAMP(挑战微型卫星有效载荷;Wickert等人，2001年)和SAC-C(卫星科学;Hajj等人，2004)任务。2006年4月，福尔摩沙三号卫星/气象、电离层和气候星座观测系统(FORMOSAT-3/COSMIC，以下简称COSMIC)在范登堡空军基地成功发射至512公里的初始轨道(Kuo et al.， 1999;raybet雷竞技最新罗肯等人，2000年;Cheng等人，2006)。COSMIC在发射8天后开始收集GPSRO的探测数据，3个月后开始向国际科学界提供数据。到2007年底，COSMIC卫星已经部署到海拔800公里的运行轨道上，平均间隔30°。这使得宇宙探测能均匀地分布在全球各地。 As of 5 March 2008, the COSMIC Data Analysis and Archive Center (CDAAC) has processed 941,933 neutral atmospheric profiles and 1,227,682 ionospheric profiles, and delivered them to the operational and research communities. Even though COSMIC was launched less than two years ago, it has already contributed significantly to global weather prediction, climate monitoring, and ionospheric research (Anthes et al., 2008).

与之前的GPSRO任务相比，COSMIC有三个主要优势。首先，COSMIC使用了先进的开环(OL)跟踪技术(Sokolovskiy, 2001)。之前所有的GPSRO任务(SAC-C除外，它被用来测试OL跟踪)都使用锁相环(PLL)跟踪。使用锁相环跟踪，只有一小部分GPSRO探测深度低于1公里。那些穿透到对流层下部的气流经常受到跟踪误差的影响，特别是在热带大气边界层(ABL)上空。使用OL跟踪，70%的COSMIC测深穿透到热带对流层下部，而在高纬度地区，90%以上的COSMIC测深穿透到1公里以下(Sokolovskiy et al.， 2006a;Anthes et al.， 2008)。GPSRO探测的深度穿透使我们能够监测ABL高度的变化(Sokolovskiy et al.， 2006b)和东太平洋上空的大气河流事件(Neiman et al.， 2008)。

COSMIC是世界上第一个为提供全球均匀分布的GPSRO探测而设计的星座。这六颗卫星是用一枚火箭发射的。差分进动技术用于利用机载推进系统将卫星部署到800公里处的最终轨道，分离度为30°(Yen et al.， 2008)。均匀间隔的轨道计划允许COSMIC GPSRO探测结果以当地太阳时间均匀分布在全球各地。这对于观测中性大气和电离层(中性大气和电离层尤其强烈)的日周期以及防止气候信号中的日周期混叠非常重要(Zeng et al.， 2008)。raybet雷竞技最新此外，由于六颗卫星中的每一颗都能够执行升掩星和落掩星任务，COSMIC提供的探测数据比CHAMP等单一卫星任务多一个数量级。

COSMIC的第三个优势是可获得接近实时的GPSRO数据，以支持操作应用程序。在两个高纬度地面站的支持下，每颗COSMIC卫星每绕轨道运行100分钟即可下载一次数据。经过5分钟的数据传输和15分钟的数据处理后，这些数据可通过全球电信系统(GTS;Rocken et al.， 2000)。经过几个月的测试，ECMWF(欧洲中期预报中心)于2006年12月12日、NCEP(国家环境预报中心)于2007年5月1日、UKMO(英国气象局)于2007年5月15日、法国气象局于2007年9月1日开始对COSMIC GPSRO数据进行实际同化。所有这些操作中心都报告了对COSMIC GPSRO数据的操作同化的积极影响(Cucurull和Derber, 2008;希利,2008;Poli et al.， 2008)。

台湾地处亚热带纬度，每个季节都受到恶劣天气的影响。特别是春末夏初的强降雨，即梅雨(Kuo and Chen, 1990)和夏季的台风(Wu and Kuo, 1999)是与天气有关的重大灾害，可造成重大的生命和财产损失。随着COSMIC的GPSRO观测的可用性，这为改进这些恶劣天气事件的预测提供了一个机会，并提高了我们对台湾附近区域气候的理解(Wu et al.， 2000)。raybet雷竞技最新在这篇文章中，我们考察了COSMIC GPSRO探测在预测台风“姗姗”(2006)和2007年6月发生的一次梅雨强降雨事件中的影响。

在第二节中，我们描述了台风姗姗(2006)的案例和使用WRF-Var (3D-Var)系统的COSMIC GPSRO测深同化。我们研究了同化过程的细节如何影响GPSRO探测对台风预测的影响。在第3节中，我们比较了WRF- 3d - var和WRF/DART(数据同化研究试验台)集成滤波数据同化系统对GPSRO测深的同化性能及其对台风“姗姗”预报的影响。在第4节中，我们检视COSMIC GPSRO测得的资料对台湾梅雨系统及其相关强降雨预报的影响。最后一节是摘要和结束语。

2.WRF 3D-Var同化COSMIC GPSRO资料及其对“姗姗”台风预报的影响

2.1.台风珊珊个案

台风“姗姗”于2006年9月9日在雅浦东北偏北约500公里处形成，靠近北纬14°，东经139°(图1)。风暴向西北移动，迅速发展，于2006年9月12日发展为4级风暴。随后向西和向北移动，于9月15日和16日绕过台湾东部。它在9月16日0000 UTC附近达到最高强度，中心气压919毫巴，最高风速约60毫秒-1。台风姗姗于9月17日在九州岛登陆。在9月18日0000 UTC之前，它从4级风暴降级为强烈热带风暴，就在它穿过北海道岛之前。后来，它与一个中纬度系统相互作用后转变为一个温带气旋。图1显示了最佳路径和风暴中心压力随时间的变化。在本研究中，我们将重点关注9月13日0000 UTC至9月17日这段时间。特别地，我们将同化COSMIC GPSRO在9月13日0000 UTC至9月14日0000 UTUC的一天时间内的探测结果，并评估它们对台风“姗姗”预报的影响。

2.2.利用WRF 3D-Var同化宇宙数据

通过NCAR和中央气象局(CWB)的合作，一个WRF

图1。(a)台风姗姗的最佳路径和(b)中心气压时间序列(由日本气象厅提供)。点的颜色代表风暴强度:蓝色-热带低气压;绿色-热带风暴;黄色-强烈热带风暴;红色-台风;洋红色-热带外气旋。

图1。(a)台风姗姗的最佳路径和(b)中心气压时间序列(由日本气象厅提供)。点的颜色代表风暴强度:蓝色-热带低气压;绿色-热带风暴;黄色-强烈热带风暴;红色-台风;洋红色-热带外气旋。

(天气研究预报模型)和WRF 3D-Var(三维变分数据同化)系统(Barker et al.， 2004)已建立运行，从2007年7月开始运行。运行的WRF模型由三个嵌套域组成，网格大小分别为45、15和5 km。在本研究中，我们只在45 km域上进行实验(没有嵌套)。有关WRF-Var系统的其他信息可在以下网址找到http://www.mmm.ucar.edu/wrf/WG4/wrfvar/wrfvar-tutorial.htm

图2(a)和2(b)显示了COSMIC GPSRO探测在2006年9月13日0000 UTC至14日0000 UTC这一天的时间和空间分布。在这24小时内，台风附近的GPSRO探测信号很少

图2。(a) COSMIC GPSRO测深的空间及(b)时间分布，以及(c) CWB全球及台风伪测深的位置。

表1。WRF 3D-Var实验列表。

的名字	骑自行车	虚假的数据	COSMIC GPSRO数据	讲话

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