基于数值微分方法确定边界层顶高度的新方案及应用
本论文包括两部分工作。第一部分是利用数值微分方法确定大气边界层高度的研究，其中提出来了两种新的方法；第二部分是对于全球海洋边界层顶高度和青藏高原边界层顶高度的气候特征研究。 在第一部分中，本文提出了两种确定边界层高度的新数值微分方法：双参数模型函数法和样条函数结合数值微分方法。两种方法都是基于COSMIC弯角数据，在数值微分方法中结合正则化技术，来求解弯角的垂直梯度廓线，将弯角垂直梯度廓线的最小梯度点（负值）所在高度确定为边界层高度。为了表征结果的置信程度，本文引入了反映边界层高度显著性的显著参数。数据方面主要使用了COSMIC提供的全球范围的掩星数据：atmPrf，echPrf，sonPrf，时间范围为2007-2011年的1、4、7、10月份。为了验证本文方法的鲁棒性，作者将本文方法得到的边界层高度，利用差分法得到的边界层顶高度与COSMIC提供的边界层高度进行了比较，同时将基于不同的资料（折射率，水汽，气温等）得到的边界层顶高度进行了比较。结果表明，数值微分方法具有过滤噪声平滑廓线的优势，利用此方法得到的边界层顶高度准确性较高，稳定性较好；与利用探空廓线得到的结果相比较，数值微分方法得到的结果相比有限差分法相关性更高，偏差更小. 在第二部分中，本文使用第一部分提出的新方法研究了全球海洋边界层高度和青藏高原边界层顶高度的气候态特征，并探究了形成如此分布特征的原因。结果表明，1、全球边界层顶高度与海陆分布以及太阳直射点的南北移动具有密切的关系，其通过大气环流直接影响边界层的高低。通过对全球边界层顶高度的EOF分析，海洋洋流的分布与第一特征空间分布吻合，所以进一步研究了洋流与边界层顶高度的相关性，结果表明暖（冷）洋流与高（低）边界层具有显著的正相关关系。2、青藏高原的边界层顶高度与地形高度和季节变化密切相关。此外，将样条法获得边界层顶高度与掩星资料自带的边界层顶高度进行了比较。比较的结果展示了十分一致的时空分布，这表明样条方法对于研究青藏高原的边界层顶高度是可靠的。
大气结构;边界层顶高度;气候态特征;数值微分法
国防科学技术大学;国防科技大学
硕士
大气科学
项杰;黄思训
2020
中文
P421.3
2023-02-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）