可沉淀的水蒸气由多个数据源检索和分析:地面GNSS,无线电掩星,无线电探空仪、微波卫星,和数值天气预报再分析数据

文摘

可沉淀的水蒸气(采集内容检测对暴雨预报至关重要;到目前为止,很多不同的测量方法和设备开发观察采集。一般来说,这些方法可以分为两类,地面和太空。在这项研究中,我们分析这些技术的优缺点,比较大气参数检索不同的RO无线电掩星观测,如FORMOSAT-3 /宇宙(福尔摩沙Satellite-3和气象观测系统星座,电离层和气候)和FY3C(中国丰韵3 c),检索和评估与无线电探空仪采集精度。此外,我们插入采集的数值天气预报(数值天气预报)再分析数据与罗更比较和分析。具体来说,地面GNSS高精度和持续可用性监控采集分布;在我们的论文中,我们展示案例来验证和比较GNSS无线电探空仪检索采集。除了GNSS采集,我们给两个不同的无线电掩星探测结果,宇宙和FY3C验证精度从太空监控采集在全球区域。FY3C结果包含北斗北斗全球卫星导航系统(中国)无线电掩星事件需要强调。所以,在我们的研究中,我们得到了从GPS和北斗无线电掩星观测大气资料检索和获取大气采集由变分检索方法基于这些数据在全球区域。 Besides, other space-based methods, such as microwave satellite, are also useful in detecting PWV distribution situations in a global area from space; in this study, we present a case of retrieved PWV using microwave satellite observation. NWP reanalysis data ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) ERA-Interim and the new-generation reanalysis data ERA5 provide global grid atmosphere parameters, like surface temperature, different-level pressures, and precipitable water. We show cases of retrieved PWV and validate the precision with radiosonde results and compare new reanalysis dataset ERA5 with ERA-Interim, finding that ERA5 can get higher precision-retrieved atmosphere parameters and PWV. In the end, from our comparison, we find that the retrieved PWV from RO (FY3C and COSMIC) and ECMWF reanalysis data (ERA-Interim and ERA5) have a high positive correlation and that almost all值超过0.9,比较与无线电探空仪采集,检索,发现无论是RO和ECMWF再分析数据、地面GNSS,或微波卫星,他们都显示小的偏差。

1。介绍

可沉淀的水蒸气含量变化起着重要的作用在大气水运输,能量转换,和气候变化,所以它是有意义的监控和了解其变化情况和机制1,2]。如今,很多方法和平台可以用来探测大气采集;一般来说,有两类:地面和太空设备或传感器。地面方法,如无线电探空仪、太阳光度法和微波辐射测量、和天基观测方法,如宇宙无线电掩星的中分辨率成像分光辐射学(MODIS),模拟战,和大气红外探测器(播出),有能力探测采集,例如,MODIS提供日间和夜间采集产品在陆地和海洋区域(3- - - - - -9]。无线电探空仪等传统大气遥感技术和微波辐射计缺陷反映大气的不断转换采集由于其低,非齐次空间分布和足够的时间可用性。但无线电探空仪已被认为是一个有用的参考工具大气探测(10]。相比之下,地面GNSS技术有几个优点:这被认为是一个有效的方法来估计近实时采集变化情况,而且可以继续不断跟踪和传感(11- - - - - -16]。然而,GNSS站,例如,IGS站,还有空间分辨率较低,尤其是在海洋区域。一些其他地面采集检测技术,比如太阳光度法和微波辐射测量、使用某个地方,但实际上,由于成本和观察条件限制的原因,这些设备不能被广泛使用,它是不可能得到持续和广泛的观察。在这些年来,太空的方法,比如无线电掩星和星载被动微波微波探测器,提供可用性测量气象参数和采集从空间分布3,17,18];他们对地观测方法相比有很多优点。像罗,高垂直分辨率和RO测量不影响云和降水19- - - - - -22];此外,其观测范围是全球性的,不是土地或海洋区域,所以应用无线电掩星在全天候条件下获得全球地区采集(23- - - - - -25]。精度统计相关研究揭示ocean-dominated地理区域;采集从RO检索和地面GNSS展览的全球平均差1毫米左右,约5毫米的均方根偏差和相关性高于0.9 (26]。ECMWF和国家环境预报中心(NCEP)已经开发出一些数值天气预报模式基于历史多个数据源并提供全球再分析数据集,如最常用ERA-Interim。ERA5是新一代ECMWF-retrieved再分析产品;它具有较高的时间和空间分辨率27]。ECMWF分析代表最佳湿度估计高质量的多卫星之间的观察雷霆,影像,通过数据同化系统和常规原位观测(28- - - - - -30.];研究人员验证全球ERA-Interim集成可沉淀的水使用地面GNSS观察和相关技术,显示高度相关(8]。除了无线电掩星,微波卫星红外观测也可以用来提供采集分布和变化情况。

到目前为止,无线电探空仪和辐射计大多认为是高效的大气观测技术。在这项研究中,我们提出这些观点之间的一些比较和分析工作和参考无线电探空仪的结果;此外,我们采集来自IGS GNSS站的观测和现在ATVOS测量数据的采集;更重要的是,我们从ERA-Interim检索采集和ERA5再分析数据集和执行全球比较集中的宇宙和FY3C无线电掩星的采集资料。我们比较这些结果与无线电探空仪检查他们的适用性和精确性。本文介绍了背景信息和方法部分2。采集结果的分析、比较和讨论这些数据来源地面GNSS,宇宙和FY3C RO微波卫星,ECMWF ERA-Interim ERA5和无线电探空仪节3。结论提出了部分4。

2。数据来源与方法

2.1。地面GNSS

GNSS广泛用于定位和导航领域;近年来,一些地区或全球卫星导航系统已建成。的关系,大量的地面GNSS观测网络运行多个科学测试,如EUREF永久GNSS网络(杀虫剂),我们星座气象观测系统,电离层和气候(SuomiNet)和香港卫星定位参考站网络(SatRef)。这些GNSS网络提供足够的和连续的观测空间监测。我们都知道原始GNSS观察包含不同类型的错误由于信号传输从卫星到接收机,所以研究人员试图利用GNSS观察和对流层延迟相关的数据处理算法,然后结合气象参数如压力,温度采集分布情况(31日]。对流层延迟影响GNSS信号可分为流体静力学部分和湿部 独特之处,ZTD希望天顶总延迟,ZHD天顶流体静力延迟,ZWD表示天顶湿延迟。通常,ZHD可以与基于Saastamoinen高精度计算模型,可以表示为 在哪里 和分别代表车站总压强和站的高度。采集相关通过转换因子 在哪里转换因子,是液体的密度恒定的水( ), 是采集气体常数( ), 和是大气折射性常数,在哪里 和 ,分别为,对流层的加权平均温度。

可以表示为 在哪里可沉淀的水压力,是绝对温度,积分路径。一般来说,它可以由经验方程从Bevis公式计算使用地面表面温度 ,如下:

2.2。天基GNSS无线电掩星

GNSS无线电掩星技术提供了富有全球大气监测数据。RO措施隐遁的信号的时间延迟使用船上GNSS接收机低地球轨道(LEO)卫星,它可以转化为大气弯曲角和折射率;大气的垂直剖面压力,温度和采集。GNSS无线电掩星探测技术提供了另一种可能性来监测空气采集分布空间。到目前为止,有几个无线电掩星卫星星座,如挑战Minisatellite载荷(冠军),重力恢复与气候实验(恩),宇宙,FY3C。在本文中,我们使用宇宙和FY3C无线电掩星观测来检索采集,这里我们介绍更多关于宇宙和FY3C星座;宇宙无线电掩星任务已经成功发射4月14日,2006年。接收器安装在六小FORMOSAT-3 /宇宙卫星捕捉到的相位和振幅两个GPS频率的无线电波。称为FORMOSAT-3 /宇宙任务(32),新星座的主要科学目标是获得接近实时的垂直温度资料,压力,在中性大气折射率,采集和电离层电子密度与全球覆盖在不同海拔地区(3,33]。任务存在的测量在五年内将每天提供大约2500个试探,从而产生大量信息来支持运作全球天气预报,气候变化监测、电离层现象,空间天气研究,估计气象和电离层的连接过程与太阳活动和人类的影响。FY3C卫星发射03:07 UTC 9月23日,2013年,从太原卫星基地,山西省,中国。全球导航卫星系统掩星测深仪(GNOS)是安装在丰韵3 (FY3)卫星。FY3C / GNOS能够跟踪北斗的掩蔽信号从太空第一次。

假设电离的影响已被完全纠正,散射由于水滴可以忽略不计,折射率与温度( ),干燥的空气分压( ),和可沉淀的水( )通过 在哪里 , ,和 根据经验确定常数,然后呢和干燥的空气和湿空气压缩率的因素。压缩因子修正不理想的气体影响。和可能会到小于团结密集的地区的大气中。低于7 ~ 8公里高度,采集nonignorable;公式(7)不能同时解决大气温度和采集。原始测量数据可以用于检索GNSS无线电掩星的大气参数如温度、压力、湿度。一维变分(1 d-var)方法相结合提供了一个有效的方法观察和背景信息,从ECMWF预报数据集检索(29日,34,35]。找到最可能的大气状态的方法包括通过最小化代价函数( ): 在哪里捐赠的观察向量;是观察操作符(非线性);背景参考信息; ,和误差协方差矩阵的观测,观测算子,和背景信息,分别;和是一个估计的观察,会由大气的状态 。最小方差的问题可以解决通过拟牛顿迭代。

结果,我们得到了统计最优压力,温度和湿度概要文件和各自的错误。绝对蒸汽质量密度的垂直积分收益率每平方米的采集,而且它还可以转换为毫米或厘米的单位除以液体水的密度,1 ;以下是采集的公式: 在哪里表示折射率指数; ,和是常数;表达了可沉淀的水压力;是干延迟;是温度;是湿延迟;是干燥的空气压力;可沉淀的水蒸气和采集:采集( 或 )。

湿度的垂直积分,蒸汽和冷凝水分,收益率列水 。总大气垂直列中包含的采集单位横截面积从地球表面大气的“顶级”边界。一般表示的水的高度物质站如果完全冷凝和收集在容器相同的单位截面。数学上,采集层中包含有界的压力p1和p2由这个公式给出:

表示特定的湿度高程 ,和表示湿空气密度海拔 。大气中大约是分成很多层从上表面,所以采集的公式可以转化为遵循方程,所表达的压力:

计算出的平均含湿量是一层一层bottom-specific湿度和top-specific湿度:

宇宙湿大气概要文件提供了多个级别的可沉淀的水压力数据,所以我们可以用下面的公式来计算具体的湿度: 在哪里是一个常数,等于 , 可沉淀的水的混合比,可沉淀的水压力,可沉淀的水的分子量的比例是干燥的空气,是总大气压力,是特定的湿度。

2.3。数值天气预报再分析数据

ERA-Interim是一个全球性的大气再分析数据从1979年到现在,由运行在ECMWF数值天气预报模型。ERA-Interim的水平分辨率 ,时间分辨率为6小时(36]。ERA-Interim是其中一个最先进的全球大气再分析数据代表大气的状态使用4 d-var方法[37)和接收不同来源的无线电探空仪等观测湿度、大气红外探测器辐射(播出),GNSS RO-bending角资料,和特殊传感器微波成像仪(SSM / I)、人——(欧洲遥感卫星)1和2 (36]。在这里,我们使用月度ERA-Interim水平分辨率的数据 37压力水平1 hPa - 1000 hPa (36]。数据集的空间分辨率大约是80公里(T255光谱)60从表面垂直水平0.1 hPa (29日]。这个模型是其中一个最先进的操作使用,能够预测全球大气精度几乎不到理论上是什么(37]。ERA5的第五代ECMWF大气再分析全球气候,这始于1980年代产生的再分析,其次是ERA-15, ERA-40,最ERA-Interim使用。新ERA5再分析将跨越现代观测时期从1979年起,每日更新继续向前。ERA5最终将取代ERA-Interim。ERA5数据将比ERA-Interim更高的分辨率;每小时分析领域将在31公里水平分辨率在137年的水平,从表面到0.01 hPa(约80公里)。ERA-Interim ERA5提供表面和多个压力级别的数据;用户可以选择不同类型的大气数据,如温度,压力,或列可沉淀的水配置文件。在本文中,我们使用的总列可降水数据 6 h ERA-Interim再分析 3 h ERA5数据集。

2.4。微波卫星

基于星载被动微波探测器,可以观察到在广阔的海洋大气采集地区有限舰载和技术观察以前可用的(38]。微波被散射和吸收来自云的影响较小,在大多数天气条件允许采集测量。与红外测量,被动微波探测器能够测量大气采集内容既无云天气条件下由于微波可以穿透云。很多研究已经提出,卫星测量的数据源可以用来检索采集分布不同精度;例如,研究人员使用微波卫星数据检索在极地冬季条件下采集和分析全球基于GPS采集的趋势及其昼夜不对称,无线电探空仪、微波卫星测量。高分辨率红外辐射探测器(HIRS)单位TIROS-N操作垂直探测器(TOVS)包设计合理的采集上对流层高质量(11]。在本文中,我们使用TOVS-detected采集的数据检索和分析。

2.5。无线电探空仪

气球无线电探空仪测量了在全球范围内,虽然与稀疏覆盖在很多领域,比如在海洋或在南半球。大多数无线电探空仪的位置是在土地;此外,也有一些无线电探空仪观察船舶在海洋,但实际上它并不容易,方便用户。无线电探空仪可以获得高精度大气观测和垂直分辨率高,及其观察覆盖范围从地面海拔30公里。然而,数据质量变化强烈依赖于传感器类型;现在,在全球范围内,使用许多不同类型的传感器,每一款都有其独特的已知和未知的偏见。此外,传感器类型在不同的位置随时间发生变化,从而导致人工趋势或跳跃。大多数电台提供两次观察一天,一个在00:00,另一个是在12:00,而一些电台也可以提供每天四次观测。从无线电探空仪观察,我们可以得到压力、温度、相对湿度、风向、风速这些参数,然后我们可以用公式(13)计算每个站点的采集。

2.6。采集水平和垂直插值

当我们做采集精度比较和评价不同数据集之间直接的问题是与他们相同的网站,这意味着我们需要做水平和垂直插值。在我们的论文中,我们使用五种不同类型的数据集:无线电掩星,ECMWF再分析数据,GNSS观察,微波卫星、无线电探空仪。所有这些数据,在水平,经常表达使用地理纬度/经度坐标位置。如果我们想要插入采集RO网站使用ERA-Interim再分析数据,首先我们需要接四个网格点的总列采集值周围RO位置,然后计算综合价值使用以下方程:

表示网格点到目标点的距离,每个网格点采集的重量值,是网格点检索采集,是最终目标点采集。

实际上,不同的数据集使用多个高度系统,比如ERA-Interim或ERA5位势高度是用来表达不同层观察,GNSS站经常使用大地高度,无线电探空仪使用高度。然而,在我们的论文,我们需要总列可沉淀的水蒸气,这意味着从地面到顶部,无论他们使用什么样的高度系统。

2.7。评价

在本文中,我们使用偏差和RMSE(均方根误差)来分析和评价不同类型的检索采集精度的测量。

3所示。结果与讨论

本文主要是我们重点分析采集由多个数据源检索。我们展示案例和分析地面GNSS和天基监测方法的精度,如微波卫星和无线电掩星。我们尝试使用FY3C的大气资料检索和宇宙的无线电掩星探测在2月4日,2016年采集的计算和分析。除此之外,我们还插入了“总列可沉淀的水蒸气”数据从ECMWF ERA-Interim ERA5进行比较和验证。一样大量的相关研究,我们仍然使用检索到的从地面无线电探空仪采集作为参考,进行精度分析和验证。以下部分将展示更多细节和分析。

3.1。GNSS检索采集的比较和分析

很多研究已经完成采集内容和分布监测地面GNSS网络。特别是最近几年,精密单点定位(PPP)技术发展迅速;一些研究者尝试用接近实时的卫星轨道,时钟,和电离层流,例如国际大地测量服务(IGS) RT-PP产品,监控大气天顶总延迟,然后结合大气温度和压力观测采集转换。在这篇文章中,我们给一个案例显示检索到的统计依赖采集的IGS站GNSS和附近的无线电探空仪的观测33,39- - - - - -41]。

我们选择GNSS站SVTL测试以及它的坐标(纬度: ,经度: ,海拔高度: )在欧洲和位置;附近的无线电探空仪站ID是26063,它的坐标是纬度: ,经度: ,海拔高度: 。这两种类型的观察完全是在2017年,所以我们选择了全年的观察分析。

GNSS独特之处可以得到高频ZTD希望近实时,这取决于接收机天线和硬件处理能力,这意味着它有可能获得高频采集。在这种情况下,SVTL站提供检索采集30分钟。在整个2017年,它被15410个观测值;然而,在每一天,无线电探空仪只测量两次,一个在00:00和其他12:00点。每天,所以我们只能得到两个采集值在26063站。完全,我们在2017年得到730采集值,所以很容易找到GNSS提供更比无线电探空仪采集观测。

在报纸上,比较和分析了检索采集偏见和准确性的两种类型的观察,我们每天选择00:00和12:00观察从GNSS采集统计分析。以下是分布地图匹配2017年每月采集值。

从数据1和22017年,我们可以看到在整个GNSS检索采集和无线电探空仪检索采集;他们的相关性达到0.95。GNSS的马克斯采集和RS都生产在7月和9月之间,和当地的季节是夏天。表1列出了统计信息最小偏差,最大偏差,平均偏差,和平均RMSE匹配的RS检索采集和GNSS检索采集。

从表1我们可以很容易地看到,平均偏差只有0.23毫米,平均RMSE 2.41毫米;他们非常小,这意味着GNSS-retrieved采集值精度高。它是一个有用的方法来监控采集情况的变化。

3.2。微波卫星推断采集分析

我们用一天2014年1月1日(00:00),ATOVS(先进的洛斯操作垂直探测器)的数据(图3)和无线电探空仪数据调查和分析采集内容分布状态和插入ATOVS-detected采集589年无线电探空仪的位置,所以我们可以得到统计结果。在表2,最小偏差是0.003毫米,最大偏差为12.068毫米,平均偏差−0.348毫米,平均均方根为3.461毫米。

3.3。采集检索RO和数值天气预报再分析数据

3.3.1。宇宙和FY3C RO事件的分布

2016年2月4日,宇宙891年无线电掩星事件和FY3C已经生产了410吨。图4显示了这些无线电掩星事件的分布地图位置;我们可以看到,这些掩星事件位置几乎覆盖整个世界从北极到南极。

3.3.2。检索FY3C和宇宙的大气参数

在图5附近,我们选择两个FY3C和宇宙无线电掩星事件作为一个例子进行比较分析;(a)、(b)和(c)是检索特定的湿度,压力分布图,和温度剖面,分别FY3C无线电掩星 上午11:51:03年的2月4日,2016年,所以我们找到最近的宇宙无线电掩星事件无论位置也发生的事件时间 2月4日在14:10:41 2016;(d)、(e)和(f)列出COSMIC-retrieved比湿,压力剖面,分别和温度剖面。从(a)和(d),我们可以看到,无线电掩星探测到特定的湿度FY3C还是宇宙;近地面高度,超过价值 之间的高度是2公里,7公里。宇宙检测到特定的湿度比FY3C大跳,10公里以上,这两个检测到一个特定的湿度降低 ,这意味着不存在采集在上层。从(b)和(e),图形显示FY3C和宇宙检索压力从地面到上层大气;FY3C显示的压力为0 ~ 60公里,宇宙给了0 ~ 40公里。我们可以看到,20公里以上,空气压力变得非常小;从地面到20公里,压力会迅速降低。压力的最大价值是位于地面,都没有超过1000 Mb;此外,压力变化趋势的压力数据是实质性的协议。(c)显示FY3C检索从表面温度60公里;从图形,我们可以看到,最高温度在地面,然后从表面到20公里,温度越来越低,最低温度是近20公里高度。然而,从20公里,温度(205 K)的增加,达到255 K层42公里的高度。 From 42 km, the temperature decreases again until reaching 220 K in the 60 km layer. The same situation occurs in graphic (f); from the ground surface to 20 km, the temperature decreases, especially between the ground surface and the 12 km height layer, in which the temperature variation trend is nearly linearly decreasing; from 20 km to 40 km, the temperature becomes linearly increasing, although FY3C and COSMIC events have more than a 2 h gap, but as can be easily seen, their variation trends are basically the same.

3.3.3。评价的宇宙和FY3C检索采集

本文使用无线电探空仪测量作为参考标准进行分析;由于这个原因,无线电探空仪观察只能测量在11:00和23:00。我们使用以下三个规则来收集附近的匹配RO和RS观测进行比较并做统计分析。在第一个规则中,我们组的纬度和经度差异无线电探空仪观测站点和无线电掩星事件产生下面的网站 ;时间分辨率,我们限制它的区别。例如,如果我们用11:00无线电探空仪观察,有关无线电掩星事件必须在9:00 ~ 13:00。也就是说,所有这些观察生产我们选择的时间范围9:00 ~ 13:00和21:00 ~ 01:00 2月4日,2016年。第二个和第三个标准,我们更改搜索范围从经度差异 来 和 单独。

2016年2月4日,宇宙891年无线电掩星事件和FY3C已经生产了410吨。我们使用上述三个标准收集从FY3C匹配数据,宇宙无线电掩星,和无线电探空仪观测在全球区域。统计结果表中列出3,无论是FY3C——或者COSMIC-retrieved采集;到附近的无线电探空仪观测相比,他们的RMSE值不超过10毫米。从我们统计数据,我们发现rms 23: 00都大于11:00,无论是FY3C或宇宙;不确定RO测量有很大的偏见在23:00或RS产生大的偏见。在未来,我们会做更深入的研究这一现象。

3.3.4。采集从ECMWF ERA-Interim检索和ERA5

图6显示了检索采集分布在全球区域从ECMWF ERA-Interim和ERA5四个时期(00:00,06:00,12:00,和18:00);我们可以看到,在赤道周围,采集内容超过40毫米,沿着纬度和采集分布减少从赤道到北极南极。

3.3.5。评价ERA-Interim和ERA5-Retrieved采集

在图7,它显示了检索采集统计不同数据源之间的系数;我们现在使用统计分析两组的观察;分别,一个是00:00,另一个使用12:00观察,所以从这些图形,我们可以看到,图(一个)显示检索到的采集系数ERA5与无线电探空仪在00:00,等于0.9444。从(d),在12:00,= 0.9708,所以我们可以看到检索采集ERA5和无线电探空仪有更高的线性相关性。在(b)和(e),他们显示检索采集关系ERA-Interim和ERA5 00: 00和12:00,他们值是0.9833和0.9325。分别在理论上这两种方法都可以得到几乎相同的结果;ERA5优越ERA-Interim相比,由于它使用的原因更多的数据源和同化分析新技术。(c)和(f)表达的关系采集ERA-Interim和无线电探空仪之间和他们值分别是0.8699和0.9539,这意味着他们有一个更高的线性相关。

3.3.6。采集RO和ERA-Interim ERA5之间相互比较

在图8,这些图形显示检索采集分布沿纬度:(一)显示了COSMIC-retrieved大气资料,(b)显示插值采集网站基于ERA-Interim宇宙无线电掩星事件发生数据,(c)显示了从ERA5插值在同一个网站,(d)显示了FY3C无线电occultation-retrieved大气资料、(e) - (f)显示插值采集FY3C无线电掩星事件生产站点从ERA-Interim ERA5数据。从上面的图形,我们可以很容易地看到采集沿着赤道对称分布;从 北极或南极,检索采集下降到接近0在南方或北极。最大的采集是在赤道地区检测到超过 。在(a)、(b)和(c),这些图形显示他们有几乎相同的变化趋势在这些网站不同的数据源;(d)、(e)和(f)有相同的情况。

我们计算的平均偏差和平均RMSE宇宙和FY3C-retrieved采集与插值采集从ERA-Interim ERA5数据集;这些结果列在表中4。

从表可以看出4的平均偏差COSMIC-retrieved采集ERA-Interim−2.3毫米,RMSE是4.5毫米,COSMIC-ERA5结果相比,统计值只有−0.2毫米的偏差,和RMSE 0.3毫米的偏见;同样的情况也出现在FY3C观察,但总的来说,FY3C-retrieved采集具有较小的平均偏差值和平均比COSMIC-retrieved RMSE结果。宇宙有891个观测,FY3C包含410观察;无论是在宇宙无线电掩星的网站或FY3C ERA-Interim和ERA5稳定的统计结果,平均偏差约为0和RMSE大约是2.0毫米。

还在本文中,我们分析的偏差分布无线电掩星和ECMWF再分析数据;可以很容易地看到在图9,最离职的COSMIC-retrieved采集和ERA-Interim或ERA5不超过10厘米,FY3C和相同的情况,大多数时间离职低于10毫米。ECMWF的两个数据源,ERA-Interim之间的离职和ERA5大多是不超过5毫米。

4所示。结论

在这篇文章中,一般来说,我们分析和比较检索采集从地面GNSS和RS和天基观测方法,如微波卫星、无线电掩星和ECMWF再分析数据,ERA-Interim, ERA5。本节将展示更详细的结论:(1)我们分析了地面GNSS检索采集并比较其结果与无线电探空仪;GNSS不仅可以获得高频采集值,但是它们的精度高,意味着RMSE大约是2.41毫米,这是真正的有用和有意义的监测采集由地面GNSS技术分布和变化情况(2)我们从微波卫星ATOVS分析采集并插入到全球589强无线电探空仪网站,比较发现采集ATOVS无线电探空仪,并获得统计最小偏差0.003毫米,12.068毫米的最大偏差,平均偏差−0.348毫米,平均3.461毫米的均方根。它可以满足采集检测要求,应该是一个有价值的方法来获取采集从空间分布(3)我们验证中国FY3C无线电掩星观测和比较其检索与宇宙大气参数;我们发现没有大偏压不管这些FY3C-retrieved大气参数,如温度,压力,或水蒸气压力资料。此外,尽管FY3C大气观测40公里以上,可以提供检索的检索采集FY3C,宇宙的结果对比,发现总体上它有一个小的偏差,参考无线电探空仪相比,他们的平均RMSE值都不超过10毫米。从我们的统计结果,无论是FY3C或宇宙,总的来说,RMSE值在11:00(天)小于23:00的结果(晚上)。未来我们需要做更多的研究来了解详细的原因(4)我们也分析了数值天气预报与传统的无线电探空仪,再分析数据插入ERA-Interim和新再分析数据集的采集ERA5无线电探空仪网站,发现总体上他们有很高的一致性和没有大的偏差。然而,相对ERA5的采集,我们发现它ERA-Interim数据相比具有较高的精度,这也是合理的,因为ERA5更好吸收不同类型的观察和具有较高的空间和时间分辨率(5)我们尝试检测检索采集RO和ECMWF再分析数据之间的偏差,所以我们比较FY3C和宇宙ERA-Interim和ERA5无线电掩星的结果。精密的统计结果和相关分析,我们知道,平均偏差为0.9毫米,平均RMSE FY3C结果和ERA-Interim之间为3.6毫米;比较FY3C ERA5的结果,平均偏差和平均RMSE 1.0毫米,3.8毫米,分别;然而,平均偏差(约2.5毫米)和平均RMSE宇宙之间(约4.5毫米)和ECMWF再分析数据都比那些FY3C结果。但总的来说,不管它是宇宙,FY3C, ERA-Interim,或ERA5采集都有较高的相关性

数据可用性

作者要感谢所有这些数据提供者的相关机构;以下是这篇论文使用的数据源。ECMWF ERA-Interim和ERA5再分析数据集可以被获得https://www.ecmwf.int/。宇宙无线电掩星数据可以从CDAAC下载(宇宙中心数据分析和存档);它的网站是http://cdaac-www.cosmic.ucar.edu/cdaac/index.html。FY3C无线电掩星探测数据可以从网站上找到http://apps.ecmwf.int/datasets/data/interim-full-daily。ATOVS数据可以从本网站获得https://www.ospo.noaa.gov/Products/atmosphere/soundings/atovs/profiles/index.html。GNSS数据可以从这个网站下载https://www.suominet.ucar.edu/data.html。无线电探空仪可以获得数据http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

张秦监督和设计研究,Junhua你们写的手稿并执行实验,Shuangchen张的一些手稿和检查实验结果和范汉族发达相关程序和数据分析。

确认

这项研究是由长安大学(西安,中国)通过中国自然科学基金项目(国家自然科学基金委)(41731066号,41790445,41604001,41674001)和一个特殊的基金信息工程国家重点实验室的没有。SKLGIE2017-Z-2-1。

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