氣象衛(wèi)星資料：變分同化和質(zhì)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(xué)變量和大氣狀態(tài)方程　6　
1.3　數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中的大氣控制方程　12　
第2章　線性代數(shù)和統(tǒng)計(jì)方法　15　
2.1　引言　15　
2.2　內(nèi)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(jì)　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(jì)　24　
2.10　結(jié)束語(yǔ)　26　
第3章　插值　27　
3.1　引言　27　
3.2　多項(xiàng)式函數(shù)擬合　27　
3.3　局部多項(xiàng)式函數(shù)擬合　30　
3.4　區(qū)域多項(xiàng)式函數(shù)擬合　37　
3.5　引入背景場(chǎng)　44　
3.6　逐步訂正　46　
3.7　最優(yōu)插值　48　
3.8　位勢(shì)場(chǎng)的背景誤差協(xié)方差　51　
3.9　結(jié)束語(yǔ)　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(xiàn)　56　
4.4　混淆　57　
4.5　非遞歸濾波器　58　
4.6　濾波器設(shè)計(jì)　61　
4.7　遞歸濾波器　65　
4.8　經(jīng)驗(yàn)集合模態(tài)分解　66　
4.9　結(jié)束語(yǔ)　69　
第5章　極小化　70　
5.1　引言　70　
5.2　泛函極值　70　
5.3　標(biāo)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(jié)束語(yǔ)　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(jià)關(guān)系　91　
6.7　解析伴隨模式方程　92　
6.8　數(shù)值伴隨模式的計(jì)算程序編寫(xiě)　99　
6.9　伴隨模式在敏感性和相對(duì)敏感性研究中的應(yīng)用　104　
6.10　結(jié)束語(yǔ)　107　
第7章　微波溫度計(jì)探測(cè)資料　109　
7.1　引言　109　
7.2　攜帶微波溫度計(jì)的極軌環(huán)境衛(wèi)星計(jì)劃　110　
7.3　極軌衛(wèi)星軌道特點(diǎn)　112　
7.4　輻射吸收和發(fā)射　117　
7.5　兩點(diǎn)定標(biāo)方程和觀測(cè)資料誤差　119　
7.6　輻射吸收和發(fā)射權(quán)重函數(shù)　122　
7.7　快速輻射傳輸模式　124　
7.8　通道特點(diǎn)、掃描模式、視場(chǎng)、權(quán)重函數(shù)　129　
7.9　ATMS條帶噪聲分析與減噪　138　
7.10　風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星微波溫度計(jì)　147　
7.11　AMSU-A亮溫的相對(duì)敏感性　149　
7.12　結(jié)束語(yǔ)　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(xué)公式　155　
8.3　統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)公式　158　
8.4　構(gòu)造B矩陣的NMC方法　160　
8.5　構(gòu)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(cè)　169　
8.8　偏差估計(jì)和偏差訂正　172　
8.9　AMSU-A資料同化對(duì)定量降水預(yù)報(bào)的影響　183　
8.10　附加說(shuō)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(jì)算　189　
9.3　控制重力波振蕩的懲罰方法　193　
9.4　含有“開(kāi)-關(guān)”過(guò)程的物理參數(shù)化方案的伴隨算子　194　
9.5　完整物理過(guò)程4D-Var全球同化系統(tǒng)研發(fā)　195　
9.6　完整物理過(guò)程區(qū)域伴隨模式系統(tǒng)研發(fā)　196　
9.7　參數(shù)估計(jì)　198　
9.8　增量4D-Var資料同化方法　200　
9.9　4D-Var與擴(kuò)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(shuō)明　203　
第10章　GPS無(wú)線電掩星技術(shù)　204　
10.1　引言　204　
10.2　GPS和LEO衛(wèi)星軌道特征以及GPS掩星計(jì)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(cè)算子　214　
10.7　彎角的非局地射線跟蹤觀測(cè)算子　218　
10.8　超相位延遲的非局地切線連接觀測(cè)算子　221　
10.9　多路徑現(xiàn)象的發(fā)生與檢測(cè)　222　
10.10　觀測(cè)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(jì)探測(cè)資料的發(fā)射后校準(zhǔn)　235　
10.14　結(jié)束語(yǔ)　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(jì)劃和瞬時(shí)幾何視場(chǎng)特性　245　
11.4　AHI和ABI儀器特征　250　
11.5　云檢測(cè)　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(shí)同化　268　
11.9　結(jié)束語(yǔ)　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(cè)到的臺(tái)風(fēng)瑪莉亞（2018）　282　
12.4　AMSU-A和ATMS臺(tái)風(fēng)暖核反演　296　
12.5　錐形掃描微波輻射計(jì)AMSR2和MWRI　305　
12.6　微波濕度計(jì)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(cè)儀AIRS、IASI和CrIS　338　
12.9　渦旋初始化　345　
12.10　附加說(shuō)明　352　
參考文獻(xiàn)　353　
索引　381