抽样的全日潮温度使用Formosat3Cosmic数据
b . Pirscher Foelsche, m . Borsche, g . Kirchengast
摘要Formosat-3 /宇宙卫星星座,表演无线电掩星测量,允许一个适当的测量密度在时间和空间上确定的温度全日潮典型的一个月,即。,每月。在这个最初的研究主题我们调查了昼夜之间的振幅和相位4公里,35公里高度在不同的地理区域在2007年7月。热带全日潮显示了独特的下行阶段发展。相应的振幅增加对高海拔,但总是小于0.5 K到35公里的高度。自然大纬度的域内温度变化似乎干扰全日潮,这使温带的解释结果。我们发现在一天内最高温度振幅在下午在高纬度地区的增加幅度与高度。在冬季半球趋势更明显。
1介绍
近连续测量天气土地站,船只和浮标允许足够的决心的全日潮的大气参数,如温度或湿度、表面。这些数据是可用的,因为19世纪的结束。从1950年到2004年减少昼夜表面温度范围内发生由于陡增加每日最低表面温度比每日最高表面温度(沃斯et al . 2005;东方国家的人et al . 2006年)。然而,自1979年以来,已观察到温度范围没有变化(Trenberth et al . 2007年)。
测量的数量和空间密度上对流层和低平流层(你的)地区非常稀疏pre-satellite时代(前
韦格纳中心气候和全球变化研究所(Wegraybet雷竞技最新Center)和地球物理,天体物理学,气象学(IGAM),电子邮件:奥地利格拉茨大学(电子邮件保护)
1979),因为无线电探空仪、激光雷达和雷达数据是唯一可用的测量在自由的气氛。估计全日潮自由大气中有必要分析数据从无线电探空仪测量运动每天至少有四个无线电探空仪提升(例如,塞德尔et al . 2005;亚历山大和津田2008),研究激光雷达/雷达数据(例如,Revathy et al . 2001;到湖底et al . 2002年)或调查卫星数据(例如,曾庆红et al . 2008年)。缺乏长期测量你的地区防止考试可能的气候变化影响全日潮在自由的气氛。raybet雷竞技最新
在最近的过去,讨论自由大气中温度趋势来源于(高级)微波探测装置(密歇根州立大学/ AMSU)卫星数据得到太多的关注。差异的趋势出现的符号和大小不正确inter-calibration和校正过程不同卫星之间的(例如,卡尔et al . 2006年)。无线电掩星(RO)数据(Kursinski et al . 1997;施泰纳et al . 2001),然而,self-calibrated,测量不同的卫星之间inter-calibration,原则上,不需要(Foelsche et al . 2009年)。自2001年以来连续RO数据,可用,因此适合执行气候监测和相关变化分析如全日潮,因为数据预计将稳定在长期的基础上(Foelsche et alraybet雷竞技最新 . 2008年)。
卫星的倾向及其轨道高度确定漂移率,因此其当地时间采样。RO使命冠军(挑战Minisatellite载荷)收益率可用RO最长的数据集,但自从CHAMP卫星在一个月内三个小时只飘,不能够观察到一个月内全日潮,也没有在一个赛季(例如,Pirscher et al . 2007年)。决定冠军的全日潮数据,需要合并来自不同年份的数据。在这一过程中,曾庆红et al。(2008)移除大气季节性和interan-nual可变性。
直到2006年没有RO任务能够样品在一个月内所有本地时间。然而,六Formosat-3 /宇宙(出身地et al . 2000;尖刺外壳et al . 2008年)卫星,2006年4月启动,就能够观察到被测变量的全日潮在低纬度地区10天内。我们使用这些数据来估计温度在不同纬度全日潮和垂直从4公里35公里一个月(2007年7月)。第二部分介绍当地时间采样Formosat-3 /宇宙的星座。第三节简要描述了数据集和方法用来估计全日潮。结果讨论了教派。4。第五节总结和结论。
当地时间2采样使用Formosat-3 /宇宙
世俗漂移在卫星轨道的飞机主要是由地球极地oblate-ness引起的。假设一个圆形轨道,轨道的旋进率害怕2 (rad s - 1)可以从计算
高度(2006年5月- 2008年5月)
漂移速率对太阳(2006年5月- 2008年5月)
高度(2006年5月- 2008年5月)
图1时间序列从2006年5月到2008年5月:海拔6 Formosat-3 /宇宙卫星(左)和产生的轨道漂移率(右)
漂移速率对太阳(2006年5月- 2008年5月)
r ' |
一个 |
|
我: |
||
图1时间序列从2006年5月到2008年5月:海拔6 Formosat-3 /宇宙卫星(左)和产生的轨道漂移率(右)
在J2 = 1082.63 x 10 - 6是一个常数因子描述地球极地oblate-ness, ae = 6378.137公里的赤道是地球的平均半径,较明显的是这颗卫星的轨道,我倾向,n = n (a)是卫星的平均运动(rad s - 1) (Hoffmann-Wellenhof et al . 1997;拉尔森和Wertz 1997;Boain 2005)。可以推断出从情商。(1)轨道参数我和收益率的旋进率卫星。它通常被称为地球的平均运动360°/ 365.242199 d = 0.9856°/ d,害怕导致0(害怕0 = 0.9856°/ d -害怕)。
图1描绘了连续轨道提高六Formosat-3 /宇宙卫星和漂移率的影响对地球的运动从2006年5月到2008年5月。互补,图2显示了赤道穿越时间。
赤道穿越时间(2006年5月- 2008年5月)
赤道穿越时间(2006年5月- 2008年5月)
2006 2007 2008
时间
图2的赤道穿越时间Formosat-3 /宇宙卫星从2006年5月到2008年5月
2006 2007 2008
时间
图2的赤道穿越时间Formosat-3 /宇宙卫星从2006年5月到2008年5月
卫星从约520 - 800公里,而我= 72°倾角是保持不变的。从他们的各自的轨道漂移率下降20 ^ 3.33°害怕/ d 520公里20«3.02°/ d 800公里。逐渐漂移率的变化导致了(理想的)轨道分离。发射后不久(2006年4月),所有卫星都接近对方。2006年6月,FlightModel-5 (FM-5)是第一个卫星脱离其他人因为它的轨道提升和由此产生的漂移速度慢。2008年5月底所有卫星都分开但最终星座没有发育完全,因为太阳能电池板FM-3困导致最优功率和有限负载操作这个航天器(d·亨特,UCAR,珀耳斯。通讯,2008年5月)。出于这个原因,轨道提高FM-3已停止在2007年7月。目前不清楚,如果有可能提高FM-3最终高度800公里。
卫星的旋进率决定了采样行为对当地时间。因此,方便引用进动率的意思是地球运动0.9856°/ d。卫星轨道进动利率等于0.9856°/ d在太阳同步轨道上的(他们20 = 0)。这些卫星无法观察的大气参数的全日潮。较大的轨道进动率和之间的差异意味着地球的运动,时间越短,样品通过所有本地时间。
图3显示了当地时间覆盖所有六个Formosat-3 /宇宙卫星在2006年12月和2007年7月。每个灰色点对应于一个RO事件(当地时间的函数和纬度)。2006年12月,FM-5和FM-2最后唯一的两颗卫星的轨道。因此,平面分离是不完整的,它变得明显在当地时间最优抽样(左面板)。另一方面,2007年7月FM-1是唯一卫星仍处于停车轨道和飞机分离很先进。当地时间采样(右面板)因此更加统一的2006年12月相比,尽管不如当所有卫星都在最后的轨道。
30°分离升交点和轨道漂移率对«3.02°/ d的太阳星座在最后使抽样的全日潮完全在低纬度地区每10天。在高纬度地区的升序和降序分支轨道相互靠近当地时间的抽样。因此,当地时间采样不足和不规则的高纬度地区
当地时间[h]
图3抽样当地时间2006年12月(左面板)和2007年7月(右面板)
12 15 18 21 24
当地时间[h]
图3抽样当地时间2006年12月(左面板)和2007年7月(右面板)
一个月,限制每月大气参数的全日潮的重建。
3全日潮的决心
Formosat-3 /宇宙RO宇宙数据分析所提供的数据和档案中心(CDAAC) (http://cosmic-io.cosmic.ucar.edu/cdaac/)。在这个最初的研究中我们使用CDAAC干燥温度资料(进行后期处理配置文件,版本2007.3200)。干燥温度相当于物理温度时大气湿度小,上面到处都是真的8 - 14公里高度(Foelsche et al . 2008年)。因为当地时间不是好采样2006年12月,我们只使用数据从2007年7月到估计全日潮。
除了这个我们使用数据集共存ECMWF(欧洲中期天气预报中心)分析数据,可在四个UTC(协调世界时)时间层(00 UTC, 06 UTC, 12 UTC,和18 UTC)。协同定位意味着ECMWF资料来自ECMWF层最近的RO事件时间(时间)没有插值,ECMWF领域是地理空间插值RO事件位置,共存RO概要文件中提取。这在UTC时间调整(三小时)也在当地时间收益率相应变化。但由于我们使用概要文件经度,所有当地时间也由共存ECMWF资料。
确定全日潮,我们一个月内所有RO事件划分为五纬向乐队latitude-dependent宽度(30°或40°)。地区的规格如表1所示。纬向乐队的使用可以防止考试不迁徙的潮汐模式近年被迫的分布(津田和加藤1989)。
表1显示了配置文件的数量考虑计算过程。较小的概要文件总数高纬度地区相对较小的结果倾向Formosat-3 /宇宙卫星i = 72°。获得更大数量的RO测量和子中期热带。当比较概要文件的数量在高南部和北部高纬度地区当地时间在三个小时内,当地时间不对称采样可以看到最好的。很多RO事件在南部高纬度清晨对应于只有少数同时测量在北半球高纬度。当地时间12小时后,取样是相反的——测量发生在北半球比在南半球。最均匀抽样获得的当地时间热带地区。允许所有当地时间2007年7月在三小时间隔采样充分:总有超过180 RO事件在极地地区,超过500事件在亚热带和情理之中,热带地区和800多个测量在每个时间间隔三个小时。
收集所有资料在当地时间在三小时在一个地理区域和权重每个配置文件与地理纬度p cos的均值典型剖面为一个地区和一个三小时的时间间隔。cosine-weighting占面积变化经脉之间不同的纬度
纬向 |
SHPa |
SHSMb |
TROC |
NHSMd |
NHPe |
域 |
60°Sto 90°S |
20°S 60°S |
20°S 20°N |
20°N 60°N |
60°N 90°N |
00 LT 03 LT |
1 219 |
2 770年 |
1 346 |
1 572 |
264年 |
03 LT 06 LT |
627年 |
2 177年 |
1 573 |
2 422年 |
747年 |
06 LT 09 LT |
312年 |
1 424 |
1 157 |
2 347年 |
1 116 |
09年LT - 12 |
221年 |
649年 |
982年 |
2 255年 |
1 047 |
12 LTto 15 LT |
292年 |
1 655 |
1 262 |
2 356年 |
1 127 |
15 LT 18 LT |
749年 |
2 492年 |
1 408 |
1 812 |
628年 |
18 LT 21 LT |
1 066 |
2 744年 |
1 076 |
1 178 |
287年 |
21 LTto 24 LT |
983年 |
2 625年 |
964年 |
598年 |
185年 |
总 |
469年5 |
536年16日 |
768年9 |
540年14 |
401年5 |
一个南半球极地b南半球热带亚热带和情理之中c
d北半球亚热带和情理之中e北半球极地地区
一个南半球极地b南半球热带亚热带和情理之中c
d北半球亚热带和情理之中e北半球极地地区
(Foelsche et al . 2008年)。,由于收敛的经络走向两极每个纬度增加收缩的地理区域通过为每个地区因为y。异常被减去均值概要文件(即派生。,平均时间间隔)。振幅是派生的一半计算之间的区别在每个海拔最高和最低温度。相对应于当地时间的温度最高。
全日潮的确定是基于所有可用高质量档案的地理区域。由于事件的数量从一个到另一个时间间隔有极大的差别,计算方法的鲁棒性进行了研究。这样做是通过减少RO事件的数量,这样他们被均匀地分布在所有的时间间隔。减少的数量因此选择是关于事件的最小数量在每一个时间间隔。180、500和800概要文件被随机选择从各自的设置和用于极地,中间纬度,分别和热带地区。
试图估计一个小时的时间分辨率的全日潮停止是因为事件的数量在一个小时的时间间隔太小了。
4结果与讨论
图4显示了每个地理区域的平均干燥温度曲线(左)的全日潮(异常对平均剖面)当地时间的函数(中间),和日振幅(右)在2007年7月从Formosat-3 /宇宙RO数据获得。所有的结果都显示为一个函数的平均海平面高度(实验室),从北部高纬度地区(顶部)南部高纬度(底部)。的
意思是全日潮振幅
意思是全日潮振幅
1波200 220 240 260 280 0 3 6 9 12 15 18 21 240.0 0.5 - 1.0 1.5 - 2.0
当地时间干燥温度[K] [h]振幅[K]
1波200 220 240 260 280 0 3 6 9 12 15 18 21 240.0 0.5 - 1.0 1.5 - 2.0
当地时间干燥温度[K] [h]振幅[K]
-4.0 -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 [K]
图4是概要文件(左),全日潮(中间)和振幅(rightpanels)当地时间2007年7月计算,解决三个小时平均大气温度结构是典型的北半球夏季月很明显,夏季对流层顶半球。
全日潮显示理解结果在热带地区,是在良好的协议与其他研究中,(例如,亚历山大和津田2008;曾庆红et al . 2008年)。自然温度变化在大纬度地区30°或40°宽度和多样化大气的特点似乎干扰估计全日潮使温带的解释结果。特别是中期纬度(加上亚热带)地区(20°N / S和60°N / S)似乎太大估计“典型”的全日潮,因为大气属性太不同纬度的领域扩展。因此,这个最初的研究结果的讨论将集中在热带纬度。结果的解释在高纬度地区应该合理的护理。
在北半球高纬度日振幅缓慢减少从0.25 ~ 0.65 K ~ K从4公里到对流层顶附近10公里。大约15公里35公里以上振幅增加从0.8 ~ 0.2 K ~ K。最大的温度阶段(当地时间)从下午(对流层)转移到清晨(对流层顶水平)下午和晚上(低平流层)。
在南部高纬度的日振幅降低~ 0.8 K(海拔5公里)~ 0.5 K(附近10公里)。以上~身高又增加到1.6 K海拔35公里。最高温度在南半球冬季是观察在午后。
在热带地区,白天的温度潮约8公里以上(振幅~ 0.3 K)不太明显比低对流层(振幅达到~ 1.2 K附近5公里)。独特的增长幅度低于8公里可能与使用有关的干燥温度取决于物理温度以及湿度。干燥温度比物理冷温度如果湿度变得很重要(见也直减率的明显下降4公里的热带意味着在无花果。4)。在热带地区湿度的日变化可能导致观察到明显的干燥温度全日潮海拔低于8公里。
最低日振幅值(~ 0.1 K)可以观察到近11公里以及对流层顶附近(~ 16公里)。通常高于21公里,振幅随高度达到0.4 K以上27公里附近;以下热带对流层顶的相位保持不变的最高温度(晚)下午。它变化从下午到清晨从对流层顶约27公里。最高温度扰动,高度是在晚上观察。这向下传播阶段可能归因于一个向上传播全日潮对流层是由水蒸气加热而不是平流层臭氧加热(查普曼andLindzen 1970)。
热带昼夜温度的垂直结构潮流,尤其是阶段,是在良好的协议与亚历山大的调查和津田(2008)和曾庆红et al。(2008)。尽管日振幅随高度的增加是明显在Formosat-3 /宇宙RO数据,这是小相比其他研究(例如,1.2 - -2.2 K曾在30公里et al .(2008)),只相当于< 0.5 K海拔30公里附近。
结果使用更少的Formosat-3 /宇宙概要(平纬向乐队和时间间隔)类似于前面讨论过的结果(没有显示)。从这我们推断结果基本上是健壮的,即,他们不依赖于配置文件或样品细节的数量。
ECMWF资料得到的全日潮共存Formosat-3 /宇宙RO事件(图中未显示)也同意从RO数据结果良好。这一结果并不出人意料,因为Formosat-3 /宇宙数据同化ECMWF分析。最好的协议是在热带地区,注意到一些小的差异高纬度地区:在北半球高纬度最大温度主要是观察到的下午(没有早上最大)和南部高纬度的振幅不太明显。
5总结和结论
确定温度的全日潮和分析大气中4公里,35公里之间选择的地理区域(五纬向乐队30°或40°宽度),基于Formosat-3 /宇宙RO数据2007年7月(北半球夏季月)。六个单一平台组成的卫星星座使昼夜相位和幅度的估计每月。
日振幅的增加是明显的在热带平流层但它总是小于0.5 K(大大小于其他研究稀疏的数据集)。最高温度在热带地区显示下行阶段进展从下午到晚上。
在温带纬度大气变化是由物理过程,这样的组合不可能估计这些地区的一个“典型”的全日潮大规模最初研究的领域。地理领域必须仔细选择。一方面,地区的纬度的宽度不能太大,因为意味着概要文件必须代表一个地区。另一方面,足够数量的RO概要文件是高优先级的。工作选择的最优规模给定RO地理区域数据集目前正在进行的。
为了估计的全日潮Formosat-3 /宇宙RO数据以外的其他几个月2007年7月从卫星星座会更长一段数据进行分析。自2007年中期以来报道当地时间足以允许观察典型全日潮的一个月。年度/长期变化的全日潮不能正确决定,直到2008年下半年;然后报道当地时间足够一年以上的数据。
确认我们感谢CelesTrak(美国科罗拉多斯普林斯,有限公司)提供Formosat-3 /宇宙两行Element-files UCAR / CDAAC(美国博尔德有限公司)提供Formosat-3 /宇宙数据和ECMWF(阅读、英国)分析数据。的工作是与金融支持奥地利科学基金(FWF)研究资助P18837 (CLIMROCC)。佛罗里达大学获得金融支持马克斯Kade基金会(美国纽约)和从UCAR。
引用
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