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SMOS土壤濕度和亮溫產(chǎn)品在陸面模式中的同化——Assimilation of SMOS soil moisture and brightness temperature products into a land surface model.Remote Sensing of Environments,2016,in press.

歐空局土壤濕度和海洋鹽度（SMOS）衛(wèi)星的重要目的之一就是提供具有足夠精度和時空覆蓋的全球表層土壤水分（SM）估計。通過耦合SMOS衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，陸面模式（LSM）的預(yù)測技巧有望得到改善。然而，SMOS數(shù)據(jù)的同化充滿挑戰(zhàn)。確切地說，SMOS觀測數(shù)據(jù)的空間分辨率比模式更粗。這樣，同化算法不得不考慮尺度的不匹配問題，或者需對衛(wèi)星產(chǎn)品進行降尺度。而且，SMOS提供的SM是由亮溫數(shù)據(jù)（TB）通過輻射傳輸模型（RTM）轉(zhuǎn)換得到。直接同化TB進入LSM可能更佳。SMOS TB產(chǎn)品包括不同的入射角和不同極化方式，這也使得同化數(shù)據(jù)充滿了更多選擇。為此，比利時根特大學的Lievens等以澳大利亞東部Murray Darling流域為研究區(qū)域，評估了同化不同的SMOS產(chǎn)品對土壤水分和徑流預(yù)測技巧的改善能力。SMOS觀測數(shù)據(jù)被同化進入VIC（Variable Infiltration Capacity）模式，并使用集合卡爾曼濾波方法耦合到通用微波陸表發(fā)射率模型（CMEM）平臺。在相似的沒有進行優(yōu)化的同化設(shè)置下，對這些不同觀測產(chǎn)品的同化進行了評估，并通過模擬的土壤濕度和徑流與實測之間的比較進行了驗證。結(jié)果顯示，同化粗尺度SM數(shù)據(jù)最能改善預(yù)測技巧。同化降尺度SM對預(yù)測的改善要弱一些，可能是由于云覆蓋影響降尺度方法、導(dǎo)致使用的觀測數(shù)據(jù)量下降造成的。而同化TB數(shù)據(jù)的效果受到TB數(shù)據(jù)的不同極化方式和不同角度的顯著影響，效果最好時（水平極化，入射角42.5°）已接近同化粗尺度SM對土壤濕度預(yù)測的改善。

日本新一代地球靜止氣象衛(wèi)星Himawari-8（葵花-8）海溫產(chǎn)品——Sea surface temperature from the new Japanese geostationary meteorological Himawari-8 satellite.Geophysical Research Letters,2016,in press.

Himawari-8（葵花-8）是日本氣象廳（JMA）的新一代靜止氣象衛(wèi)星。日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）與JMA合作生產(chǎn)了Himawari-8海溫（SSTs）產(chǎn)品。輻射傳輸物理過程的非線性會引起衛(wèi)星SSTs的系統(tǒng)誤差，本研究發(fā)展了一套新的可以減少系統(tǒng)誤差的準物理算法用于計算SST；并使用基于貝葉斯推理的方法檢測了云像元。然后，將2015年7—8月的浮標數(shù)據(jù)與Himawari-8 SSTs進行了對比。結(jié)果顯示，與浮標數(shù)據(jù)相比，Himawari-8 SSTs的均方根差（RMSD）約為0.59 K，偏差約為-0.16K。其中，視場邊緣的SSTs多為正偏差。

一種穩(wěn)定的雪—氣耦合模態(tài)——A stable snow–atmosphere coupled mode.Climate Dynamics,2016,in press.

ENSO是眾所周知的熱帶地區(qū)存在的一種水（海）—氣耦合模態(tài)，那么，在中高緯地區(qū)，是否也存在一種水（雪）—氣耦合模態(tài)？針對這一問題，中國人民解放軍61741部隊的趙亮等利用近130年的全球陸地積雪資料，采用自主研發(fā)的全窗口滑動相關(guān)方法，發(fā)現(xiàn)在北半球中高緯地區(qū)，存在一種較為穩(wěn)定的雪—氣耦合模態(tài)，本研究稱為SNAO模態(tài)。這一模態(tài)是北半球冬季陸地積雪的第一主模態(tài)與北極濤動（AO）之間耦合作用的結(jié)果。并且，這種SNAO模態(tài)在近幾十年變得越來越強；類似與ENSO模態(tài)中的關(guān)鍵因子——熱帶太平洋和印度洋海溫和氣壓異常，SNAO模態(tài)也有兩個關(guān)鍵因子：歐洲積雪異常和極渦異常，這兩個地區(qū)的積雪和大氣異常往往會激發(fā)冬季北半球中高緯地區(qū)積雪和大氣產(chǎn)生SNAO模態(tài)。研究進一步發(fā)現(xiàn)，北半球冬季積雪的第二模態(tài)與南極濤動（AAO）有關(guān)，其相關(guān)的穩(wěn)定性不如SNAO模態(tài)，但是北半球積雪中的AAO信號有較強的季節(jié)連續(xù)性。通過這些雪—氣耦合模態(tài)，秋季積雪能夠影響冬季大氣；冬季大氣能夠影響春季積雪。

測量城市植被的空間分布格局及其對季節(jié)地表溫度的影響——Measuring the spatial arrangement of urban vegetation and its impacts on seasonal surface temperatures.Progress in Physical Geography,2015,Vol.39,No.2.

城市綠地是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組分，其通過提供樹蔭和蒸散發(fā)作用，可以有效調(diào)節(jié)城市氣溫。眾所周知，植被覆蓋度與地表溫度成負相關(guān)，然而城市環(huán)境下植被的空間分布（聚集或分散）對氣溫的影響卻鮮為人知。為此，美國亞利桑那州立大學的Fan等將遙感技術(shù)和空間統(tǒng)計相結(jié)合，量化了植被的空間配置對Phoenix城市中心的季節(jié)地表溫度的影響。研究的目標在于：1）采用連續(xù)空間自相關(guān)指標結(jié)合高分辨率遙感數(shù)據(jù)，確定綠色植被覆蓋的空間分布；2）通過控制植被覆蓋度的影響，檢測草和樹木（特別是它們的空間格局）影響季節(jié)和晝夜地表溫度時的不同角色；3）調(diào)查不同地理尺度下的植被—溫度關(guān)系的敏感性。研究使用了一種局部空間自相關(guān)指數(shù)——局部Moran’s I，計算了城市植被的空間格局。結(jié)果顯示，綠色植被的聚集或少破碎化分布格局比離散型格局更能有效降低地表溫度。局部Moran’s I指數(shù)和地表溫度的關(guān)系在夏季的白天最為強烈，在冬季的夜晚最弱。多元回歸分析也證實植被的空間格局對季節(jié)地表溫度具有顯著影響。對不同地理尺度的植被空間格局分析表明，200m×200m的范圍是檢測植被——溫度關(guān)系的最佳尺度。本研究提供了一種量化城市組分空間格局和檢測其影響城市環(huán)境的生物物理特性的方法框架，可能有助于城市可持續(xù)發(fā)展和資源管理。

晨昏軌道微波溫度計資料同化對降水定量預(yù)報的影響及其對三軌衛(wèi)星系統(tǒng)的意義——《大氣科學》2016年第40卷第1期

極軌衛(wèi)星的高級微波溫度計（Advanced Microwave Sounding Unit-A，簡稱AMSU-A）輻射資料對提高降水定量預(yù)報的水平有重要作用。但是極軌衛(wèi)星的軌道特征導(dǎo)致乘載其上的微波溫度計資料在區(qū)域同化系統(tǒng)中存在嚴重缺測。鄒曉蕾等重點分析了晨昏軌道衛(wèi)星上微波溫度計資料同化對墨西哥灣沿岸定量降水預(yù)報的重要影響。研究選取了早晨星NOAA-15、上午星MetOp-A和下午星NOAA-18，利用美國NCEP（National Centers for Environmental Prediction）的業(yè)務(wù)同化系GSI（Gridpoint Statistical Interpolation）資料同化系統(tǒng)，進行了加和不加NOAA-15 AMSU-A資料的兩組資料同化和預(yù)報試驗，來闡明晨昏軌道衛(wèi)星上微波溫度計資料同化對墨西哥灣沿岸降水預(yù)報的重要影響。試驗結(jié)果分析表明如果僅同化NOAA-18和MetOp-A資料，在協(xié)調(diào)世界時00:00和12:00的同化時間，在墨西哥灣和美國西部大陸就是衛(wèi)星觀測資料缺測區(qū)，而早晨星NOAA-15資料正好可以填補這個資料空缺。模式預(yù)報也表明，同化NOAA-15的AMSU-A資料可以對墨西哥灣降水有持續(xù)的正影響。這一研究證明了保持有搭載著AMSU-A或者相似儀器的早晨星，對區(qū)域降水預(yù)報的重要性。由于目前NOAA-15是唯一的一顆正在運行的、已遠超過其正常運行期的早晨星，通過技術(shù)手段維持NOAA-15的AMSU-A儀器更超長期運行也就特別重要。

中國風云衛(wèi)星與海洋衛(wèi)星近海SST資料融合技術(shù)及應(yīng)用研究——《地球科學進展》2015年第30卷第10期

苗春生等選用美國LAPS（Local Analysis and Prediction System）數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)對中國風云（FY）和海洋（HY）衛(wèi)星在我國東部海域SST反演數(shù)據(jù)進行融合處理。該融合系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)區(qū)域大氣和下墊面海洋要素的時空特征，協(xié)調(diào)不同要素間的特征狀態(tài)及匹配規(guī)律，生成適合多要素診斷計算的區(qū)域規(guī)范化數(shù)據(jù)。針對該系統(tǒng)沒有現(xiàn)成的衛(wèi)星SST反演數(shù)據(jù)輸入接口，對船舶站SST反演數(shù)據(jù)接口進行了數(shù)值調(diào)整；依據(jù)FY衛(wèi)星及HY衛(wèi)星SST數(shù)據(jù)的不同特點，尤其是隨衛(wèi)星軌道發(fā)生的不同時空變化，在輸入衛(wèi)星反演數(shù)據(jù)至LAPS系統(tǒng)之前，進行了多項預(yù)處理，包括對衛(wèi)星反演數(shù)據(jù)異常值的判別與剔除、海陸邊界要素異常梯度的鑒別與去除、不同衛(wèi)星軌道坐標系網(wǎng)格要素的規(guī)范化處理、平滑去噪音等。經(jīng)多項驗證，預(yù)處理后的FY和HY衛(wèi)星監(jiān)測反演數(shù)據(jù)更有利于LAPS系統(tǒng)資料融合效果的正確性與合理性。再經(jīng)LAPS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合處理和各項驗證，融合場既能保持衛(wèi)星SST精細化的時空特征描述，也彌補了衛(wèi)星資料非區(qū)域全覆蓋的局限。將SST融合場對寒潮與冷空氣過程中的東部海域海氣影響進行熱動力物理量時空變化診斷應(yīng)用，對海面SST和感熱通量的中尺度強度演變、南北空間變化差異均給出了量化描述。

單顆粒氣溶膠質(zhì)譜測定顆粒的有效密度——《中國科學:地球科學》2015年第45卷第12期

單顆粒質(zhì)譜技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于氣溶膠粒徑和質(zhì)譜特征的測量，而對其他微物理性質(zhì)的應(yīng)用研究仍十分欠缺。張國華等基于單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀（SPAMS），建立了兩種測量氣溶膠顆粒有效密度的方法：一是利用SPAMS測徑系統(tǒng)記錄的顆粒散射光信號與Mie理論模型計算得到的光散射截面呈正相關(guān)關(guān)系，通過最小二乘法擬合得到氣溶膠顆粒的有效密度；二是通過差分電遷移粒徑分析儀（DMA）-SPAMS儀器聯(lián)用，同時測量氣溶膠顆粒的電遷移和真空空氣動力學粒徑，從而計算不同粒徑氣溶膠顆粒的有效密度。通過標準小球，硫酸銨和硝酸鈉的測試，證明本研究建立的兩種方法均可應(yīng)用于氣溶膠有效密度的測量。該方法有效地拓展了SPAMS的分析功能，使之成為能夠同時對顆粒物的粒徑、化學成分、光散射和密度的綜合測量技術(shù)，為深入認識氣溶膠的環(huán)境和氣候效應(yīng)提供了強有力的分析手段。

大氣能量傳播及不同緯度間大氣相互作用的研究進展——《氣象學報》2015年第73卷第6期

早期的理論分析認為大氣中臨界緯度的存在使得熱帶—熱帶外的大氣活動互不影響。然而，大量的觀測事實表明中低緯度大氣運動存在著明顯的動力聯(lián)系。為了幫助人們更好地理解大氣中的遙相關(guān)現(xiàn)象，在大量文獻的基礎(chǔ)上，楊崧等綜述了幾種波能量傳播理論：1）大圓理論指出了羅斯貝波在球形大氣中的傳播特征；2）西風通道理論發(fā)現(xiàn)了中緯度瞬變擾動越赤道傳播的“走廊”；3）能量堆積-波列發(fā)射理論揭示了熱帶擾動影響到更高緯度大氣活動的可能過程；4）赤道波側(cè)向膨脹理論則利用轉(zhuǎn)折緯度的概念更進一步解釋了這種中低緯度大氣相互作用的物理機制；5）經(jīng)向基本流理論則認為在一定的條件下定常波可以穿過熱帶東風帶傳播到另一半球。此外，文中還回顧了在波-流相互作用診斷方面的研究進展，尤其是關(guān)于羅斯貝波、慣性重力波和赤道開爾文波。大氣能量的經(jīng)向傳播具有顯著的年變化和年際變化，這與ENSO、西風急流、大洋中部槽等的變化密切相關(guān)。