氣象衛(wèi)星資料：變分同化和質量保證

目錄　
前言　
第1章　資料同化概述　1　
1.1　資料同化是干什么的?　1　
1.2　熱力學變量和大氣狀態(tài)方程　6　
1.3　數(shù)值天氣預報中的大氣控制方程　12　
第2章　線性代數(shù)和統(tǒng)計方法　15　
2.1　引言　15　
2.2　內積和線性映射的伴隨映射　15　
2.3　最小二乘擬合　16　
2.4　高斯分布　17　
2.5　最大似然估計　19　
2.6　擬合誤差　20　
2.7　線性回歸　21　
2.8　拉格朗日乘子　23　
2.9　最小方差估計　24　
2.10　結束語　26　
第3章　插值　27　
3.1　引言　27　
3.2　多項式函數(shù)擬合　27　
3.3　局部多項式函數(shù)擬合　30　
3.4　區(qū)域多項式函數(shù)擬合　37　
3.5　引入背景場　44　
3.6　逐步訂正　46　
3.7　最優(yōu)插值　48　
3.8　位勢場的背景誤差協(xié)方差　51　
3.9　結束語　54　
第4章　濾波　55　
4.1　引言　55　
4.2　傅里葉變換　55　
4.3　不同尺度的方差貢獻　56　
4.4　混淆　57　
4.5　非遞歸濾波器　58　
4.6　濾波器設計　61　
4.7　遞歸濾波器　65　
4.8　經驗集合模態(tài)分解　66　
4.9　結束語　69　
第5章　極小化　70　
5.1　引言　70　
5.2　泛函極值　70　
5.3　標量函數(shù)、梯度和Hesse矩陣　73　
5.4　極小化迭代、線搜索與收斂速度　75　
5.5　最速下降法和牛頓法　77　
5.6　共軛梯度法　77　
5.7　搜索方向的秩一更新公式　79　
5.8　搜索方向的秩二更新公式　80　
5.9　L-BFGS方法　81　
5.10　線搜索方法　82　
5.11　結束語　84　
第6章　伴隨模式　85　
6.1　引言　85　
6.2　伴隨常微分方程　85　
6.3　非線性模式　86　
6.4　切線模式　87　
6.5　伴隨模式　89　
6.6　伴隨變量與拉格朗日乘子之間的等價關系　91　
6.7　解析伴隨模式方程　92　
6.8　數(shù)值伴隨模式的計算程序編寫　99　
6.9　伴隨模式在敏感性和相對敏感性研究中的應用　104　
6.10　結束語　107　
第7章　微波溫度計探測資料　109　
7.1　引言　109　
7.2　攜帶微波溫度計的極軌環(huán)境衛(wèi)星計劃　110　
7.3　極軌衛(wèi)星軌道特點　112　
7.4　輻射吸收和發(fā)射　117　
7.5　兩點定標方程和觀測資料誤差　119　
7.6　輻射吸收和發(fā)射權重函數(shù)　122　
7.7　快速輻射傳輸模式　124　
7.8　通道特點、掃描模式、視場、權重函數(shù)　129　
7.9　ATMS條帶噪聲分析與減噪　138　
7.10　風云三號衛(wèi)星微波溫度計　147　
7.11　AMSU-A亮溫的相對敏感性　149　
7.12　結束語　154　
第8章　三維變分資料同化　155　
8.1　引言　155　
8.2　確定性數(shù)學公式　155　
8.3　統(tǒng)計數(shù)學公式　158　
8.4　構造B矩陣的NMC方法　160　
8.5　構造B矩陣的遞歸濾波器　165　
8.6　3D-Var和卡爾曼濾波比較　168　
8.7　AMSU-A液態(tài)水路徑反演和云檢測　169　
8.8　偏差估計和偏差訂正　172　
8.9　AMSU-A資料同化對定量降水預報的影響　183　
8.10　附加說明　188　
第9章　四維變分同化　189　
9.1　引言　189　
9.2　4D-Var公式和利用伴隨模式的梯度計算　189　
9.3　控制重力波振蕩的懲罰方法　193　
9.4　含有“開-關”過程的物理參數(shù)化方案的伴隨算子　194　
9.5　完整物理過程4D-Var全球同化系統(tǒng)研發(fā)　195　
9.6　完整物理過程區(qū)域伴隨模式系統(tǒng)研發(fā)　196　
9.7　參數(shù)估計　198　
9.8　增量4D-Var資料同化方法　200　
9.9　4D-Var與擴展卡爾曼濾波和集合卡爾曼濾波方法的比較　202　
9.10　附加說明　203　
第10章　GPS無線電掩星技術　204　
10.1　引言　204　
10.2　GPS和LEO衛(wèi)星軌道特征以及GPS掩星計劃　205　
10.3　超相位延遲和超多普勒頻移　208　
10.4　彎角和影響參數(shù)　211　
10.5　折射率反演　213　
10.6　折射率和彎角的局地觀測算子　214　
10.7　彎角的非局地射線跟蹤觀測算子　218　
10.8　超相位延遲的非局地切線連接觀測算子　221　
10.9　多路徑現(xiàn)象的發(fā)生與檢測　222　
10.10　觀測誤差源　226　
10.11　液態(tài)云和冰云的影響　228　
10.12　溫度、氣壓和水汽反演　232　
10.13　衛(wèi)星微波溫度計探測資料的發(fā)射后校準　235　
10.14　結束語　242　
第11章　GOES成像儀　244　
11.1　引言　244　
11.2　GOES衛(wèi)星高度　244　
11.3　GOES計劃和瞬時幾何視場特性　245　
11.4　AHI和ABI儀器特征　250　
11.5　云檢測　253　
11.6　ABI偏差特征　261　
11.7　GOES成像儀資料同化　267　
11.8　GOES和POES遙感資料的同時同化　268　
11.9　結束語　277　
第12章　衛(wèi)星資料中的熱帶氣旋及其環(huán)境　278　
12.1　引言　278　
12.2　熱帶氣旋概述　279　
12.3　AHI觀測到的臺風瑪莉亞（2018）　282　
12.4　AMSU-A和ATMS臺風暖核反演　296　
12.5　錐形掃描微波輻射計AMSR2和MWRI　305　
12.6　微波濕度計MHS、ATMS、MWHS和MWHS2　319　
12.7　TOMS和OMPS總柱臭氧衛(wèi)星資料　329　
12.8　紅外高光譜大氣垂直探測儀AIRS、IASI和CrIS　338　
12.9　渦旋初始化　345　
12.10　附加說明　352　
參考文獻　353　
索引　381