利用风云3C掩星资料分析中国对流层顶参数变化特征

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21世纪以来,全球卫星导航系统(GNSS)无线电掩星技术愈发成熟,被广泛应用于大气探测和气候变化的研究当中。该技术利用导航卫星与低轨卫星之间的信号延迟来反演全球高精度大气参数。因此,GNSS无线电掩星技术在大气探测和气象预报中具有重要的应用前景。对流层顶是对流层与平流层的过渡区域,存在着频繁的水汽交换、能量传输等,可以为对流层大气进入平流层提供物理和化学的边界条件。对流层顶大气参数的空间分布和时间变化对全球气候变化以及能量平衡都具有重要的影响。然而传统观测技术由于成本高,分辨率低等缺点,无法获得高时空分辨率的对流层顶参数,而使用GNSS无线电掩星技术研究对流层顶参数及其时空变化具有诸多的优势与科学意义。本文基于风云-3C(FY-3C)气象卫星GNSS无线电掩星观测资料分析和研究了我国2015年—2019年对流层顶参数时空变化特征。首先介绍了GNSS无线电掩星技术理论和方法,并对FY-3C无线电掩星资料进行了质量分析,最后利用FY-3C无线电掩星资料分析了我国对流层顶参数的时空变化特征。主要研究结果和结论如下:(1)利用COSMIC掩星数据、无线电探空气球数据和欧洲中小尺度天气预报模型(ECMWF)产品对FY-3C掩星数据产品进行了质量检验和比较分析,结果表明,兼容双系统的FY-3C卫星GNSS掩星探测器(GNOS)具有较强的探测能力,且其数据产品具有较高的可靠性。(2)使用2°×2°的空间分辨率将整个中国区域划分为608个网格,然后统计落在每个网格内的FY-3C掩星廓线产品,分别使用LRT(Lapse Rate Tropopause)与CPT(Cold Point Tropopause)算法计算得出对流层顶参数。与全球无线探空数据和ECMWF产品计算得出的对流层顶参数进行了比较分析,结果较为一致。(3)使用2015-2019年50余万条FY-3C掩星廓线对我国对流层顶参数进行了相关时空变化特征分析,发现对流层顶参数结构具有明显的纬度分布特征与季节变化特征。通过使用中位数斜率回归法分析对流层顶参数的年际变化,发现在2015年—2019年研究时间段内中国区域对流层顶高度平均每年上升0.046km,对流层顶温度平均每年下降0.07K,压强平均每年下降0.96mbar。
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