资料同化研究进展： 1 Overview
2 Approaches to assimilation
Infrared radiances (15.5–3.7 μm)：
()cld L f 云量，云顶高度
1、单一层假设
2、简化的云参数，来自观测的估计，而在实际大气中，它们是不均匀和非线性的。
3、按线性组合来解释云辐射
NWP centre Model Global
Regional In the study
Infrared
Microwave
ECMWF
IFS
HIRS/AIRS/I ASI (4D-Var)
SSMI(S)/AMSR-E/TMI (4D-Var)
“all-sky system ”AMSU-A ch 3、4
ground-based radar
precipitation in the global 4D-Var system
JMA GSM MSM
AMSR-E/TMI (4D-Var in MSM)
Ground-based radar precipitation in MSM (4D-Var (2002) MF
(France)
ARPEGE AROME
AIRS/IASI
Ground radar network
(1D+3D-Var) (April 2010)
UKMO UK NAE AIRS/IASI (1D-Var/4D-V ar) AMSU-A ch 1 、2 (4D-Var) （‘Total ’ RH ） Radar rain rate(LHN) SEVIRI(1D+4D-Var) radar rain data in NAE 4D-Var NCEP
GFS NAM WRF
TMI-retrieved surface rainrate/ AMSU-A radiance data affected by clouds over ocean in GDAS
（Normalized RH and cloud water mixing ratio ）
,+()cld cld cld o cld L L L p εε
=（1-N ）N
τε
N(1-)=N
几何因子N ≠模式（物理）云量
εN ≠物理发射率
cld p ≠物理云顶
MMR （the Multi-variate Minimum Residual ）
MMR Cloud detection :
3
k N
1
n
cld
k
k
k R N R N R ν
νν
==+∑
2
k N
ECMWF’s IFS
NCAR’s WRF 1
k N
NCEP’s GSI
Pixel
Cloud-top pressure(hPa) derived from Aqua MODIS
Cloud-top pressure(hPa)derived from AIRS using the NCAR MMR method
Mean temperature analysis impact (K) of cloud-affected infrared sounder radiance data assimilation experiments :
700hpa 850hpa
ECMWF:(September–November 2009)
M′et′eo-France:(September 2010)
Environment Canada:(September 2010)
Relative change in RMS forecast errors for selected parameters between clear + cloud-affected and clear-sky only infrared radiance data assimilation experiments:
Met Office(December 2008):
M′et′eo-France(December2008):
Microwave radiances：
Quality Control in WRF-Var :
?AIRS: Multivariate Minimum Residual (MMR) scheme for cloud detection
?AMSU, MHS, SSMIS: Scatter Index（SI）and Background CLWP for precipitation check
云检测：
对AMSU-A：散射因子、降水概率和小雨检测
对AMSU-B：通道2亮温模拟观测误差、Bennartz散射因子
UKMO：
AMSU-A channels 1 and 2
ECMWF：
“all-sky system”：AMSU-A ch 3、4，区域主要是中纬度洋面。
AMSU-A channels 5 and 6: 700hpa，400hpa，对流性云水汽凝结现象
Mean first-guess departure difference (K) of Metop AMSU-A channel 4 radiances in the radiative transfer calculations（1–8 February 2010）
(a) cloud effects are ignored VS (b) cloud effects are included
UKMO and ECMWF 的优点：进行精确的辐射传输计算，而不是直接影响模式的物理湿度参数，只需初猜场的云特性,与模式物理量之间的相互关系不活跃。控制矢量、背景场误差统计、线性化的物理量等不受影响。
USA：
JCSDA and NCEP：
AMSU-A radiance data /TMI affected by clouds over ocean in GDAS
控制变量：T、Q、P、地表风+Normalized RH and cloud water mixing ratio，total moisture（water vapour + cloud liquid + cloud ice + hydrometeors）
背景误差协方差矩阵：1、NMC
2、集合预报成员与集合平均之差作为预报误差近似
全国地面气象资料数据模式 1．总则 1．1地面气象资料是探索气候演变规律、预测气候变化趋势的基础，是我国天气监测网收集的最重要的资料之一。为了适应我国大气探测自动化采集仪器的更新，确保及时收集到可靠的地面气象观测资料，有必要统一我国已有的各类地面气象资料数据模式。 1．2本模式主要根据1979年版“地面气象观测规范”中的“地面气象记录月报表”(气表-1)和“基准气候站地面气象记录月报表”(气表-1(基准))的格式，除包括“全国地面气象资料信息化基本模式暂行规定及补充规定”、“全国基准气候站地面气象资料信息化基本模式暂行规定”字符文件(A0、A1、A6/A7)格式内容外，还将自动观测基本数据统一归入本模式，并命名为文件A格式。本模式与配套的“气表-1封面、封底V文件格式”相结合，其内容涵盖了气表-1的全部内容。 1．3为了适应新仪器采集的时间分辨率更高的数据的需要，制定了单要素分钟数据文件格式，作为文件A格式的补充。1分钟降水量文件格式命名为文件J格式，其它单要素文件格式，将根据需要及业务技术发展另行制定。 1．4本模式与历史资料信息化模式相兼容，其文件框架、要素指示码排列顺序、方式位、特殊字符的表示等与原信息化模式完全相同，历史资料中有关的技术规定请参照“全国地面气象资料信息化基本模式暂行规定”和“补充规定”，本模式不再赘述。同时为适应投入业务运行的我国自行研制或引进国外的自动气象站采集的数据，增添了部分要素的方式位和数据内容。每个要素在同一文件中方式位的设置是唯一确定的。 1．5本模式适用于我国地面气象观测各类台站、各种类型观测仪器采集的数据。 2．A文件编制技术规定 2．1文件名编制规定 A文件为地面气象资料基本数据文件，由地面19个要素一个站一个月的原始数据构成。文件类型为文本(或称作字符)文件。 文件名以字母“A”打头，由11位字母、数字组成。文件名的结构为： AIIiiiMM.YYY 其中“A”为文件类别标识符(保留字),用大写字母表示。“IIiii”为区站号。“MM” 为资料月份，位数不足，高位补“0”。“YYY”为资料年份，取年后三位。 2．2文件结构 A文件由文件首部、尾部和文件体三个部分构成(见附表一)。 2．2．1文件首部
气象卫星 1960年4月美国发射了第一颗气象卫星泰罗斯 -1(Tiros-1)。随后，前苏联也相继发射了自己的气象 卫星。从此，气象学的发展进入了一个新的时代，气象 卫星的研究和应用蓬勃发展。目前，在轨道上运行的大 多数气象卫星是由美国和俄罗斯发射的，其中很大一部 分为极地轨道卫星，简称极轨卫星。 1966年美国发射第一颗业务气象卫星艾萨(ESSA) 是极轨卫星，主要提供可见光云图。 1970年、1978年 美国又相继发射诺阿(NOAA)和泰罗斯－N系列业务气象 卫星。这些卫星都属于极轨气象卫星。极轨气象卫星的飞行高度一般在800－1500公里左右。由于卫星的飞行高度低，因此卫星照片分辨率高，图像清晰。极轨气象卫星环绕地球的南、北极附近运转，一颗星从南向北，另一颗星从北向南运行。由于地球自转，每条轨道穿越赤道的经度是各不相同的。地面接收站每天两次在固定时间里接收某一轨道的卫星云图，几条轨道的图像拼接成区域云图，成为预报员制作预报的重要参考资料。 1974年，美国成功地研制了第一颗静止业务环境监测卫星(GOES)。静止业务环境监测卫星在赤道的某一经度、约36000公里高度上，它环绕地球一周约需24小时，几乎与地球自转同步。从地球上看好像卫星是相对静止的，故又称为地球静止卫星。二十世纪70年代后期，日本和欧盟也相继发展了自己的系列静止气象卫星。 目前，日本GMS系列静止气象卫星、 俄罗斯的GOMES卫星、欧盟 METEOSAT-3 卫 星、印度的INSAT以及美国的两颗静止卫星 (GOES-E和GOES-W)共6颗卫星组成地球静 止气象卫星监测网。它们分别位于全球赤道 东经140 度、东经76 度、西经75度、东 经74度、西经75度、西经135度上空。这 些卫星位于赤道上空约36000公里高，每半 小时向地球发送一次图片。另外，还有三颗 极轨卫星(2颗美国NOAA卫星，1颗俄罗斯 METEO卫星)，这些卫星每天实时监视大气天气系统的运动和变化。 中国也先后成功地发射了6颗气象卫星（3颗风云－1和3颗风云－2）。依靠这些卫星，中国建立了自己的卫星天气预报和监测系统。风云－1是一种极地轨道气象卫星。星上装有若干个高分辨率扫描辐射计。包括4个可见频道和1个红外频道。风云－2是一种静止气象卫星。星上装有多频道扫描辐射计。包括1个可见波段、1个红外波段和1个水汽波段。载荷包括S频段传输和云图预报转发器，UFH/S频段数据采集转发器和空间环境监测设备。 气象卫星资料弥补了占地球表面积71％的海洋上、高原及沙漠上人烟稀少地区常规气象探测资料的不足。它具有视野开阔、观测范围广、观测时次多等优点。人们通过卫星，能比过去提前二三天发现台风，并能准确地测定它的位置、强度，从而确定它的移向、移速和发展变化。因此，卫星云图成为监视台风和预报台风移动路径的十分有效的工具，特别是台风定位已经离不开卫星云图。卫星资料应用还发展到农业、森林火灾、洪水灾情、环境监测等领域。
1 引言 在气象行业内部，气象数据的价值已经和正在被深入挖掘着。但是，不能将气象预报产品的社会化推广简单地认为就是“气象大数据的广泛应用”。 大数据实际上是一种混杂数据，气象大数据应该是指气象行业所拥有的以及锁接触到的全体数据，包括传统的气象数据和对外服务提供的影视音频资料、网页资料、预报文本以及地理位置相关数据、社会经济共享数据等等。 传统的”气象数据“，地面观测、气象卫星遥感、天气雷达和数值预报产品四类数据占数据总量的90%以上，基本的气象数据直接用途是气象业务、天气预报、气候预测以及气象服务。“大数据应用”与目前的气象服务有所不同，前者是气象数据的“深度应用”和“增值应用”，后者是既定业务数据加工产品的社会推广应用。 “大数据的核心就是预测”，这是《大数据时代》的作者舍恩伯格的名言。天气和气候系统是典型的非线性系统，无法通过运用简单的统计分析方法来对其进行准确的预报和预测。人们常说的南美丛林里一只蝴蝶扇动几下翅膀，会在几周后引发北美的一场暴风雪这一现象，形象地描绘了气象科学的复杂性。运用统计分析方法进行天气预报在数十年前便已被气象科学界否决了——也就是说，目前经典的大数据应用方法并不适用于天气预报业务。 现在，气象行业的公共服务职能越来越强，面向政府提供决策服务，面向公众提供气象预报预警服务，面向社会发展，应对气候发展节能减排。这些决策信息怎么来依赖于我们对气象数据的处理。
气象大数据应该在跨行业综合应用这一“增值应用”价值挖掘过程中焕发出的新的光芒。 2 大数据平台的基本构成 2.1 概述 “大数据”是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。 大数据技术的战略意义不在于掌握庞大的数据信息，而在于对这些含有意义的数据进行专业化处理。换言之，如果把大数据比作一种产业，那么这种产业实现盈利的关键，在于提高对数据的“加工能力”，通过“加工”实现数据的“增值”。 从技术上看，大数据与云计算的关系就像一枚硬币的正反面一样密不可分。大数据必然无法用单台的计算机进行处理，必须采用分布式架构。它的特色在于对海量数据进行分布式数据挖掘（SaaS），但它必须依托云计算的分布式处理、分布式数据库（PaaS）和云存储、虚拟化技术（IaaS）。 大数据可通过许多方式来存储、获取、处理和分析。每个大数据来源都有不同的特征，包括数据的频率、量、速度、类型和真实性。处理并存储大数据时，会涉及到更多维度，比如治理、安全性和策略。选择一种架构并构建合适的大数据解决方案极具挑战，因为需要考虑非常多的因素。 气象行业的数据情况则更为复杂，除了“机器生成”（可以理解为遥测、传感设备产生的观测数据，大量参与气象服务和共享的信息都以文本、图片、视频等多种形式存储，符合“大数据”的4V特点：Volume(大量)、Velocity(高速)、
卫星气象数据接收系统数据产品一览表 Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022
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卫星气象数据接收系统数据产品一览表 卫星气象数据单收站系统接收的原始数据文件主要由报文组成。安装了MICAPS 系统（气象信息综合分析处理系统）的主机会定时从数据接收机上获取这些原始的报文数据，经过数据解码、数据格式转换，形成一系列可读的、MICAPS 系统定义的数据格式文件（共计十九类数据格式），被存放在/micaps/目录下。下面列示的是目前能接收到的数据产品的内容以及MICAPS 系统定义的十九类数据格式的说明。 一、地面常规气象观测数据产品 地面常规气象数据存放在：/micaps/surface/目录下 时次：02、05、08、11、14、17、20、23 点（北京时） 范围：国内地面报、国外地面报、船舶报 文件名：（YY 为年、MM为月、DD 为日、HH 为时次、ttt 为时效） 以下子目录存放的要素为： /plot 地面全要素填图观测数据（用于地面填图的观测数据-diamond 1） /p0-p 海平面气压（台站数据-diamond 3） /p0 海平面气压（格点数据-diamond 4） /p3-p 地面3 小时变压（台站数据-diamond 3） /p3 地面3 小时变压（格点数据-diamond 4） /vv-p 地面全风速（台站数据-diamond 3）
/t0-p 地面气温（台站数据-diamond 3） /td-p 地面露点（台站数据-diamond 3） /r6-p 6 小时降水量（台站数据-diamond 3） /r24-5-p 05 点的24 小时降水（台站数据-diamond 3）/r24-8-p 08 点的24 小时降水（台站数据-diamond 3）/p24-p 08 点地面24 小时变压（台站数据-diamond 3）/t24-p 08 点地面24 小时变温（台站数据-diamond 3）/tmax-p 02 点地面最高温度（台站数据-diamond 3） /tmin-p 14 点地面最低温度（台站数据-diamond 3） /tg-p 08 点地表最低温度（台站数据-diamond 3） /special 特殊天气（台站数据-diamond 3） /r12-p 12 小时降水（台站数据-diamond 3） /r1-p 1 小时降水（台站数据-diamond 3） /r3-p 3 小时降水（台站数据-diamond 3） /uv 地面流场（格点矢量数据-diamond 11） （以下目录暂缺数据） /vv 地面全风速（格点数据-diamond 4） /t0 地面气温（格点数据-diamond 4） /td 地面露点（格点数据-diamond 4） /r6 6 小时降水量（格点数据-diamond 4） /r24-5 05 点的24 小时降水（格点数据-diamond 4）/r24-8 08 点24 小时降水（格点数据-diamond 4）
1、资料和计算 丰富、可靠的气象观测资料是研究和了解大气环流及气候特征的最重要的基础。正是由于它们，才大大加深和扩大了我们对大气和气候运动本身的认识，并为理论研究和数值模拟提供了重要素材和基本保证。没有这些宝贵的资料作为基础，任何关于大气或气候的研究都只能停留在空中楼阁亦或海市蜃楼的阶段。虽然气象观测可以追溯到千年以前，但显然由于条件、认识、技术手段和科学发展水平的限制，在早期只是对发生在某些局部区域的大气中某些特殊天气现象的零星观测，还算不上是对大气环流的从地面到高空、从区域到全球、从单一到综合、从特殊到一般、从里到外、由外及里、从下到上、由上至下、从离散到连续的全方位、全视角的、系统的三维观测。近半个多世纪以来，随着科学技术的迅速发展、监测手段的日益先进、社会需求的不断增加、国际协作的日渐密切，上述状况有了本质的改变。各种新技术如气象雷达、气象卫星、红外及微波遥感、高速电子计算机等在气象观测中的广泛应用，使得气象观测水平有了史无前例的发展，观测的种类和质量有了前所未有的提高。加之，由于人类本身生存和发展的需要，使得气象观测项目和种类大大丰富起来；由于国际间广泛紧密的合作，使得观测资料的协调度和统一性也大大提高了。目前，已经形成了可同时监测全球天气情况的气象观测系统和气象通讯系统。特别是，1991年美国国家环境预报中心（NCEP）和美国国家大气科学研究中心（NCAR）联手实施的全球再分析计划（NCEP/NCAR Global Reanalysis Project），把全球观测资料的质量提高到一个新的水平。该计划在全球范围内，通过世界各国及各主要科研机构和业务部门，把能搜集到的资料包括地面观测资料、高空探测资料、航舶资料、卫星遥感资料、雷达资料、飞机资料、气球资料，浮标资料以及其它观测资料等统一进行编码、详细的订正预处理和复杂的质量控制，并用一个较完善的同化系统统一进行资料同化，使得观测资料的统一性、协调性、可靠性、完善性、代表性都有了显著的提高，引起了国际大气科学界的极大关注和反响。该计划现已完成1948～1997年的资料再分析工作，并在实施新的计划内容。NCEP/NCAR再分析资料反映了当代国际大气科学资料研究的水平，其代表性是不言而喻的。由于所搜集的资料来自于世界各国，所以处理后的资料理应采取“取之于民，用之于民”的使用原则，事实也是如此。因在资料使用上的高度开放性和高效性，目前该再分析资料已成为当今世界上应用最为普遍的大气环流和气候诊断资料。所以，NCEP/NCAR再分析资料是世界各国集体团结协作的优秀结晶，是世界大气科学界的共同财富，可以预料，其巨大的价值必会随着时间的推移越加显现出来。本套全球大气环流气候图集就是利用NCEP/NCAR的1958～1997年40年再分析资料进行统计处理的。 本套图集初步分为五册，具体是：第一册，气候平均态；第二册，变率；第三册，基本模态和遥相关型；第四册，能量、动量和各种输送；第五册，持续性和谱特征。本书是其中的第一册，旨在用尽可能多的气象要素、从更多的角度来全面展示大气环流气候平均状态的三维结构和特征，包括环流的纬向对称性和随经度变化的纬向不均匀性（即纬向对称场的偏差场）。 1.1原始资料
四、地面气象观测数据文件格式 1、总则 1.1地面气象观测数据是认识和预测天气变化、探索气候演变规律、进行科学研究和提供气象服务的基础，是我国天气气候监测网收集的最重要的资料之一。为适应地面气象观测业务的发展，有必要对2001年版的“全国地面气象资料数据模式”（简称2001年版A格式）进行补充、修改。 1.2 本格式以中国气象局2003年版《地面气象观测规范》中的“地面气象记录月报表”为依据，对2001年版A格式作了必要的修改和补充，并将格式命名为“地面气象观测数据文件格式”，作为原“全国地面气象资料数据模式”的2003年版。 1.3本格式由一个站月的原始观测数据、数据质量控制标识及相应的台站附加信息构成，包括A文件和J文件两个文件，附加信息即2001年版的“气表-1封面、封底V文件”，作为A文件的一部分。因此本格式涵盖了气表-1的全部内容。 1.4 根据2003年版的《地面气象观测规范》，本格式在2001年版A格式基础上增加了相关的要素项目；为了更好地表述数据质量，增加了数据质量控制标识。观测数据部分历史资料中的技术规定可参照“全国地面气象资料信息化基本模式暂行规定”和“补充规定”，本格式不再赘述。 1.5 根据2003年版《地面气象观测规范》的规定，本格式将2001年版单要素分钟降水量J 文件更改为多要素分钟观测数据文件，作为A文件的补充，简称J文件。 1.6 2001年版与2003年版A、J格式具体变动内容见附件“2001年版与2003年版格式变动对照表”。 1.7 本格式适用于我国现行各类地面气象台站和不同观测仪器采集的数据。 2、A文件 2.1 文件名 “地面气象观测数据文件”（简称A文件）为文本文件，文件名由17位字母、数字、符号组成，其结构为“AIIiii-YYYYMM.TXT”。 其中“A”为文件类别标识符（保留字）；“IIiii”为区站号；“YYYY”为资料年份；“MM”为资料月份，位数不足，高位补“0”；“TXT“为文件扩展名。 2.2 文件结构 A文件由台站参数、观测数据、质量控制、附加信息四个部分构成。观测数据部分的结束符为“??????”，质量控制部分的结束符为“******”，附加信息部分的结束符为“######”。具体结构详见附录1：A文件基本结构。 2.3 台站参数 台站参数是文件的第一条记录，由12组数据构成，排列顺序为区站号、纬度、经度、观测场拔海高度、气压感应器拔海高度、风速感应器距地（平台）高度、观测平台距地高度、观测方式和测站类别、观测项目标识、质量控制指示码、年份、月份。各组数据间隔符为1 位空格。 2.3.1 区站号（IIiii），由5位数字组成，前2位为区号，后3位为站号。 2.3.2 纬度（QQQQQ），由4位数字加一位字母组成，前4位为纬度，其中1～2位为度，3～4位为分，位数不足，高位补“0”。最后一位“S”、“N”分别表示南、北纬。 2.3.3 经度（LLLLLL），由5位数字加一位字母组成，前5位为经度，其中1～3位为度，4～5位为分，位数不足，高位补“0”。最后一位“E”、“W”分别表示东、西经。 2.3.4 观测场拔海高度（H1H1H1H1H1H1），由6位数字组成，第一位为拔海高度参数，实测
卫星气象数据接收系统数 据产品一览表 Lele was written in 2021
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卫星气象数据接收系统数据产品一览表 卫星气象数据单收站系统接收的原始数据文件主要由报文组成。安装了MICAPS 系统（气象信息综合分析处理系统）的主机会定时从数据接收机上获取这些原始的报文数据，经过数据解码、数据格式转换，形成一系列可读的、MICAPS 系统定义的数据格式文件（共计十九类数据格式），被存放在/micaps/目录下。下面列示的是目前能接收到的数据产品的内容以及MICAPS 系统定义的十九类数据格式的说明。 一、地面常规气象观测数据产品 地面常规气象数据存放在：/micaps/surface/目录下 时次：02、05、08、11、14、17、20、23 点（北京时） 范围：国内地面报、国外地面报、船舶报 文件名：（YY 为年、MM为月、DD 为日、HH 为时次、ttt 为时效） 以下子目录存放的要素为： /plot 地面全要素填图观测数据（用于地面填图的观测数据-diamond 1） /p0-p 海平面气压（台站数据-diamond 3） /p0 海平面气压（格点数据-diamond 4） /p3-p 地面3 小时变压（台站数据-diamond 3） /p3 地面3 小时变压（格点数据-diamond 4） /vv-p 地面全风速（台站数据-diamond 3）
/t0-p 地面气温（台站数据-diamond 3） /td-p 地面露点（台站数据-diamond 3） /r6-p 6 小时降水量（台站数据-diamond 3） /r24-5-p 05 点的24 小时降水（台站数据-diamond 3）/r24-8-p 08 点的24 小时降水（台站数据-diamond 3）/p24-p 08 点地面24 小时变压（台站数据-diamond 3）/t24-p 08 点地面24 小时变温（台站数据-diamond 3）/tmax-p 02 点地面最高温度（台站数据-diamond 3） /tmin-p 14 点地面最低温度（台站数据-diamond 3） /tg-p 08 点地表最低温度（台站数据-diamond 3） /special 特殊天气（台站数据-diamond 3） /r12-p 12 小时降水（台站数据-diamond 3） /r1-p 1 小时降水（台站数据-diamond 3） /r3-p 3 小时降水（台站数据-diamond 3） /uv 地面流场（格点矢量数据-diamond 11） （以下目录暂缺数据） /vv 地面全风速（格点数据-diamond 4） /t0 地面气温（格点数据-diamond 4） /td 地面露点（格点数据-diamond 4） /r6 6 小时降水量（格点数据-diamond 4） /r24-5 05 点的24 小时降水（格点数据-diamond 4）/r24-8 08 点24 小时降水（格点数据-diamond 4）
资料同化方法的理论发展及应用综述 官元红１，２，周广庆２，陆维松１，陈建萍 ３（１．南京信息工程大学，江苏南京２１００４４；２．中国科学院大气物理研究所，北京１０００２９；３．江西省气象台，江西南昌 ３３００４６）摘要：简单介绍了资料同化的概念、功能及分类，回顾了资料同化的发展历程，对各个时期发展的各种方法 的理论进行了概述，并指出了每种方法的优缺点及应用进展。目前，三维变分在业务上得到了广泛的应用和推 广，随着研究的深入和计算机水平的不断提高，四维变分和集合Ｋａｌｍａｎ滤波在将来业务预报中有广泛的应用 前景。 关键词：资料同化，三维变分，四维变分，集合卡尔曼滤波，综述。 中图分类号：Ｐ４３５文献标识码：Ａ ０引言 数值天气预报业务中，为了得到精确的预报值，准确的初值、合理的边值和完善的模式都是十分重要的。近年来，随着模式的不断发展完善，对初始条件的精确性要求也日趋提高，物理学家Ｂｊｅｒｋｎｅｓ［１］曾把天气预报归结为初值问题，好的初始条件越来越被认为是整个数值预报领域的一个重要方面，初始条件的精确性直接影响着数值天气预报的成败。另外，随着观测技术的发展，全球天气观测系统的不断完善，观测资料的时空分布不断扩大，类型和数目也不断增多，资料同化作为一种资料分析方法，如何有效地利用这些资料为数值预报提供更多的信息，是一个值得研究的问题。因此，近年来，在很多研究工作者的共同努力下，资料同化发展较快，从早期没有理论基础的客观分析，发展到如今基于统计估计和变分两种理论的分析方法，对产生再分析资料和提高预报的准确性等方面做出了很大贡献。文中回顾了资料同化的发展历程，对各个阶段发展的各种方法的特点进行了分析，并做了简单对比，旨在为人们根据所采用的模型、观测资料的相对质量和可用的计算资源选择何种同化方法提供参考。 １资料同化的概念 在为数值天气预报模式提供准确、合理的初值问题上，资料同化是一种行之有效的方法。它是由早期气象学中的分析技术发展起来的［２－３］。其基本含义是根据一定的优化标准和方法，将不同空间、不同时间、采用不同观测手段获得的观测数据与数学模型有机结合，纳入统一的分析与预报系统，建立模型与数据相互协调的优化关系，使分析结果的误差达到最小。 一个资料同化系统包括观测数据集、动力模型和数据同化方案三部分。以模式的一种初估状态、气候态或其他一些不重要的状态为初始场，由模式得到的解常称之为背景场；结合观测数据集，通过同化过程产生能够相对准确反映真实状态的一种最优估计，称之为分析场。一般而言，分析场是背景场和观测场的加权平均，其方差始终比观测场和背景场的方差小。 ２资料同化方法的发展 收稿日期：２００７－０８－１３． 基金项目：南京信息工程大学科研基金项目（编号：Ｙ５２１）．第一作者简介：官元红（１９７８—），女，讲师，博士研究生，主要从事资料同化和气候预测研究． 文章编号：１００７－９０３３（２００７）０４－０００１－０８ 第３０卷第４期 ２００７年１２月Ｖｏｌ．３０ＮＯ．４Ｄｅｃ．２００７气象与减灾研究ＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹＡＮＤＤＩＳＡＳＴＥＲＲＥＤＵＣＴＩＯＮＲＥＳＥＡＲＣＨ
资料同化研究进展： 1 Overview 2 Approaches to assimilation Infrared radiances (15.5–3.7 μm)： ()cld L f 云量，云顶高度 1、单一层假设 2、简化的云参数，来自观测的估计，而在实际大气中，它们是不均匀和非线性的。 3、按线性组合来解释云辐射 NWP centre Model Global Regional In the study Infrared Microwave ECMWF IFS HIRS/AIRS/I ASI (4D-Var) SSMI(S)/AMSR-E/TMI (4D-Var) “all-sky system ”AMSU-A ch 3、4 ground-based radar precipitation in the global 4D-Var system JMA GSM MSM AMSR-E/TMI (4D-Var in MSM) Ground-based radar precipitation in MSM (4D-Var (2002) MF (France) ARPEGE AROME AIRS/IASI Ground radar network (1D+3D-Var) (April 2010) UKMO UK NAE AIRS/IASI (1D-Var/4D-V ar) AMSU-A ch 1 、2 (4D-Var) （‘Total ’ RH ） Radar rain rate(LHN) SEVIRI(1D+4D-Var) radar rain data in NAE 4D-Var NCEP GFS NAM WRF TMI-retrieved surface rainrate/ AMSU-A radiance data affected by clouds over ocean in GDAS （Normalized RH and cloud water mixing ratio ）
气象数据处理流程 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
气象数据处理流程1.数据下载 1.1.登录中国气象科学数据共享服务网 1.2.注册用户 1.3.选择地面气象资料 1.4.选择中国地面国际交换站日值数据 选择所需数据点击预览（本次气象数据为：降水量、日最高气温、日最低气温、平均湿度、辐射度、积雪厚度等；地区为：黑龙江省、吉林省、辽宁省、内蒙古） 下载数据并同时下载文档说明
1.5.网站数据粘贴并保存为TXT文档 2.建立属性库 2.1.存储后的TXT文档用Excel打开并将第一列按逗号分列 2.2.站点数据处理 2.2.1.由于站点数据为经纬度数据 为方便插值数据设置分辨率（1公里）减少投影变换次数，先将站点坐标转为大地坐标 并添加X、Y列存储大地坐标值后将各项数据按照站点字段年月日合成总数据库（注意：数据库存储为DBF3格式，个字段均为数值型坐标需设置小数位数） 为填补插值后北部和东部数据的空缺采用最邻近法将漠河北部、富锦东部补齐2点数据。 2.2.2.利用VBA程序 Sub we() i = 6 For j = 1 To 30 Windows("").Activate Rows("1:1").Select Field:=5, Criteria1:=i
Field:=6, Criteria1:=j Windows("").Activate Rows("1:1").Select Windows("book" + CStr(j)).Activate Range("A1:n100").Select Range("I14").Activate ChDir "C:\Documents and Settings\王\桌面" Filename:="C:\Documents and Settings\王\桌面\6\" & InputBox("输入保存名", Title = "保存名字", "20070" + CStr(i) + "0" + CStr(j)), _ FileFormat:=xlDBF4, CreateBackup:=False SaveChanges:=True Next j End Sub 将数据库按照日期分为365个文件 3.建立回归模型增加点密度 由于现有的日辐射值数据不能覆盖东三省（如图），需要对现有数据建模分析，以增加气象数据各点密度。 已有数据10个太阳辐射站点，为了实现回归模型更好拟合效果，将10个样本全部作为回归参数。利用SPSS软件建模步骤：
气象卫星的资料 气象卫星实质上是一个高悬在太空的自动化高级气象站，是空间、遥感、计算机、通信和控制等高技术相结合的产物。 气象卫星主要观测内容包括： ①卫星云图的拍摄。 ②云顶温度、云顶状况、云量和云内凝结物相位的观测。 ③陆地表面状况的观测，如冰雪和风沙，以及海洋表面状况的观测，如海洋表面温度、海冰和洋流等。 ④大气中水汽总量、湿度分布、降水区和降水量的分布。 ⑤大气中臭氧的含量及其分布。 ⑥太阳的入射辐射、地气体系对太阳辐射的总反射率以及地气体系向太空的红外辐射。 ⑦空间环境状况的监测，如太阳发射的质子、α粒子和电子的通量密度。这些观测内容有助于我们监测天气系统的移动和演变；为研究气候变迁提供了大量的基础资料；为空间飞行提供了大量的环境监测结果。 气象卫星的轨道大致有两种，一种是太阳同步轨道，一种是地球静止轨道。按照前一种轨道运行，卫星每天对地球表面巡视两遍，其优点是可以获得全球气象资料，缺点是对某一地区每天只能观测两次。若运行于地球静止轨道，则可以对地球近1/5的地区连续进行气象观测，实时将资料送回地面，用四颗卫星均匀地布置在赤道上空，就能对全球中、低纬度地区气象状况进行连续监测；它的缺点是对纬度大于55度地区的气象观测能力差。这两种卫星如果同时在天上工作，就可以优势互补。 世界上第一颗气象卫星是美国发射的“泰罗斯”卫星，它为美国提供了大量气
象资料。中国1988年9月7日发射了第一颗气象卫星—“风云一号”太阳同步轨道气象卫星。卫星云图的清晰度可与美国“诺阿”卫星云图媲美，但由于星上元器件发生故障，它只工作了39天。后成功发射了四颗极轨气象卫星（风云号）和三颗静止气象卫星（风云二号），经历了从极轨卫星到静止卫星，从试验卫星到业务卫星的发展过程。同时还建立了以接收风云卫星为主、兼收国外环境卫星的卫星地面接收和应用系统，在气象减灾防灾、国民经济和国防建设中发挥了显著作用。 目前，我国的极轨气象卫星和静止气象卫星已经进入业务化，在轨运行的卫星分别是风云一号D星（2002年发射）和风云二号C星（2004年发射）。我国是世界上少数几个同时拥有极轨和静止气象卫星的国家之一，是世界气象组织对地观测卫星业务监测网的重要成员。风云二号卫星作用是获取白天可见光云图、昼夜红外云图和水气分布图，进行天气图传真广播，供国内外气象资料利用站接收利用，收集气象、水文和海洋等数据收集平台的气象监测数据，监测太阳活动和卫星所处轨道的空间环境，为卫星工程和空间环境科学研究提供监测数据。中国位于全球气候脆弱带，旱涝、高温、冷寒等气候灾害频繁发生。风云二号静止气象卫星资料越来越成为天气分析，预报服务中必不可少的重要监测手段。对灾害性天气的监测，特别是对台风、暴雨、洪水、沙尘暴等重大自然灾害的监测，静止气象卫星发挥了重要作用。
什么是同化和顺应 皮亚杰理论体系中的一个核心概念是图式。图式是指个体对世界的知觉、理解和思考的方式。我们可以把图式看成是心理活动的框架或组织结构。图式的形成和变化是认知发展的实质。皮亚杰认为，认知发展是受三个基本过程影响的：同化、顺化和平衡。 1、同化：同化是指个体对刺激输入的过滤或改变的过程。也就是说，个体在感受到刺激时，把它们纳入到头脑中原有图式之内，是其成为自身的一部分，就像消化系统将营养吸收一样。 2、顺应：顺化是指有机体调节自己内部结构以适应特定刺激情境的过程。当个体遇到不能用原有图式来同化新的刺激时，便要对原有图式加以修改和重建，以适应环境，这就是顺应的过程。 浅论遗传和环境相互作用对少年儿童心理发展的影响 在儿童心理学史上，历来有遗传论与环境论的争论。遗传论者认为，儿童的发展是由遗传决定的。英国的高尔顿曾用家谱法来研究天才遗传的问题，他得出的结论是，名人的亲族易成名人，这便足以证明血统有力地影响着个人的发展，也就是说，天才基本上是遗传的。 环境论者持相反的论点。在他们看来，遗传只是给予了某种可能性，唯有环境和训练才能决定其发展的结果。有的甚至认为环境决定一切，根本否认遗传因素。行为主义的创始者华生就曾说过：“给我一打健壮的孩子，在我的特别环境里教养他们，我可以担保任择一个训练，可以使之成为任何专家——医师、律师、画家、企业家，同样可使之成为乞丐盗贼，不管他们祖先的才能、嗜好、品性和种族是怎样。”①这种自信来自于他用实验方法直接控制环境因素的动物研究。 随着遗传论与环境论的论辩，可以说他们在一定程度上都放弃了激进的观点，并在一定程度上将对方的观点吸收到自己的阐释框架中。也就是说，强硬的遗传论者或环境论者均相应变成了温和的遗传论者或环境论者。 大家都认识到，儿童发展是由遗传与环境（包括教育与文化等）两种势力交互作用和共同决定的。有的学者将遗传比作种子，把环境比作土壤。有土壤无种子固然长不出植物来，有种子而无土壤也不可能发育成长。有的则把遗传和环境分别比作燃料和氧气，要想燃烧起来，燃料和氧气缺一不可。同样道理，儿童要实现发展也需要遗传与环境的协同作用。不过，遗传论者与环境论者所达成的这种共识是相当笼统的，对于遗传与环境在儿童发展中是通过怎样的一种机制发挥作用这一问题，大家尚未达成共识。 浅论早期依恋对未来心理发展的影响 什么是依恋？心理学对依恋问题的研究最初是从对母婴分离而造成的巨大影响的探讨开始的。它源于与爱意双亲的最初亲密关系的情感安全与情感温暖，我们可以从它出发，去勇敢地面对快成功生活中无可避免的风风雨雨。总之，婴儿与其照看者间的心理亲密关系居于人类生活的核心。依恋理论所探讨的就是这些关系；它们如何形成、与养育双亲的最初亲密关系中的方方面面、及其对随后成长的影响。而儿童早期是接受教育最快,可塑性最大,智力发展速度最快的时期。据美国心理学家布鲁姆的研究发现,如果一个人的智力,以17岁的水平作为100%,其发展过程是:4岁前,发展达50%,8岁时达80%,12岁,发展达92%,17岁时几乎达到100%成熟。由此可见,儿童智力的发展,在很大程度上取决于他在婴幼儿时期所受的熏陶和教育。在这一时期儿童能与父母建立安全依恋,对促进智力的发展至关重要。依恋问题的研究，深受精神分析理论的影响。约翰?鲍尔比就曾是佛洛伊德学派的追随者，在研究依恋问题时，
风云二号气象卫星简要介绍 一、概述 风云二号气象卫星是我国自行研制的第一代地球静止轨道气象卫星。风云二号卫星由两颗试验卫星和三颗业务卫星组成。并获得国际电联认可的三个空间网络位置，即86．5。E、105。E和123．5。E。 风云二号卫星系统从整体上讲，与国际上目前正在使用的静止气象卫星技术水平相当。尽管在一些基础性和关键技术上，仍然有一定的差距，但是在某些方面也比其他国家做的好。风云二号在较短的时间内达到了国际在轨卫星同等的水平，这为我国在气象领域赢得了尊重。 二、技术特色 风云二号气象卫星的控制管理和业务运营系统庞大而复杂。由国家卫星气象中心的数据与指令接收站(CDAS)、系统运行控制中心(SOCC)、资料处理中心(DPC)、应用服务中心(ASC)、计算机网络和存档系统(CNAS)以及用户利用站系统(USS)六 部分组成。○1 风云二号气象卫星具有下列技术特色： 1、静止轨道观测技术 静止轨道距离地球有35800公里，风云二号气象卫星载有5个通道的观测仪器，可以同时获取5张图。 2、稳定的业务运行 气象卫星要求观测是连续的，卫星一旦停止工作，就会给天气预报、灾害监测造成严重影响。风云二号气象卫星的星地系统实现了一年365天、每天24小时连续运行。 3、多通道工作 风云二号气象卫星载有三通道（可见光、红外和水气光谱特性通道）扫描辐射计。利用风云二号卫星可见光通道，可以得到白天云和地表反射的太阳辐射信息；利用红外通道，可以得到昼夜云和地表发射的红外辐射信息；利用水气通道，可以得到对流层中上部大气中水气分布的信息。 4、双星观测策略 两颗定点于不同轨道位置的卫星同时进行业务观测获得的数据，确定双星观测重叠的区域，在精确定位的基础上，将重叠区域中各像元对应的双星观测数据以及生成的图像和定量产品叠加在一起，提高图像和定量产品的时间分辨率。○2 三、主要用途 风云二号气象卫星具有下列主要用途： 1、获取白天可见光云图、昼夜红外云图和水气分布图，进行天气图传真广播，收集气象、水文和海洋等数据收集平台的气象监测数据，供国内外气象资料利用站接收利用。
姓学院专
1.实习目的 1)云图数据读入并绘图 2)设计云图增强层次。自定义色标；RGB配特定颜色 3)对云图进行多种增强处理，并对比增强前后的差异 2.实习方案 1）准备工作。 把文件夹satellite-practise中的如下文件拷贝到“Matlab\work\”目录。 以上文件说明如下： satellite_data.mat % 卫星数据以matlab mat格式存放数组形式colormap_user_define.m % 用户自定义的色标子程序 practise .m %本次实习要使用的主程序 bt.txt %卫星数据中的亮度温度数据 longitude.txt %卫星数据中与bt.txt所对应的经纬度位置数据latitude.txt %卫星数据中与bt.txt所对应的经纬度位置数据2）启动matlab 和实习主程序。 点击“打开”则看到主程序。程序解读: 见程序注释。 3）读入卫星数据并绘图。 读入卫星数据可以使用以下两种方法之一来实现。 （1）方法一: 使用fopen和fscanf等函数读入“.txt”文件中的数据。 （2）方法二：使用load语句读入“.MA T”文件中的数据。 4）增强处理与效果比较 程序中可修改的程序段: （1）用自动色标时的语句为 set(gca,'CLim',[200 300]); %色标的范围 可以改变[200 300], 但为了对比, 程序中前后三段要一致。 （2）自定义色标时的语句为: levels=200:10:300; % every 10 K one color; 可调整其中的数字“10”。“10”表示在亮温度[200 300]区间内每10 K改变一种颜色。 （3）用RGB配色时: 把图像像素值除以像素值最大值255得到归一化图像，故各种颜色只能在0-1内变化。RGB配色规则举例如下：
气象数据集元数据 数据集标识信息 数据集名称：中国地面气候资料月值数据集 数据集代码：SURF_CLI_CHN_MUL_MON 摘要：本数据集由各省上报的全国地面月报信息化文件根据《全国地面气候资料（1961-1990）统计方法》及《地面气象观测规范》有关规定，进行整编统计而得。数据集为中国752个基本、基准地面气象观测站及自动站1951年以来气候资料月值数据集,本数据集内容包括气温、气压、相对湿度、降水、风、日照等要素的历年月值数据，文件类型为ASCII码文件。 数据质量 数据质量描述： （1）中国地面月报信息化文件经过较严格的质量控制和检查。 （2）将中国722个站点，1971--2000出版项目的统计结果经过极值检验和时间一致性检验人工抽查，数据无误。 审核中发现:1)江西省吉安站(57799)1971年1-8月40cm地温资料，由于观测时仪器出问题，40cm地温比气候平均值普遍偏高，故1-8月40cm地温记录可疑仅供参考。 2)对于极大风速原始数据中大于50m/s的记录，在统计时都作为超刻度处理，但实际上有可能是真实观测记录。3)四川省阿坝站（56171）1954年5月，降水量记录比历年值普遍偏高，记录有误，仅供参考。由于56171站从1954年8月开始有报表，则该值对、错无法判断。 数据处理过程：根据《全国地面气候资料（1961-1990）统计方法》，读取原始文件中的定时值数据，先进行日值统计，再统计月平均值和总量值。 2.数据来源：各省、市、自治区气候资料处理部门逐月上报的《地面气象记录月报表》的信息化资料。 数据集分类：地面气象资料 更新频率：不定期 关键词 学科分类关键词： 地面气象资料 气压 气温 相对湿度 风 降水 日照 地理范围关键词：中国 层次关键词：地面 3.4.3.空间分辨率：全国752个站点。 参考系：无 时间标识 制作时间：20050726 制作类型：生产 地理覆盖范围 地理范围描述：中国 最西经度：73.66E 最东经度：135.08E
风云二号气象卫星(FY-2)是我国自行研制的第一颗地球静止轨道气象卫星，与极地轨道气象卫星相辅相成，构成我国气象卫星应用体系。风云二号卫星作用是获取白天可见光云图、昼夜红外云图和水气分布图，进行天气图传真广播，供国内外气象资料利用站接收利用，收集气象、水文和海洋等数据收集平台的气象监测数据，监测太阳活动和卫星所处轨道的空间环境，为卫星工程和空间环境科学研究提供监测数据。风云二号静止气象卫星资料越来越成为天气分析，预报服务中必不可少的重要监测手段。 主要性能参数 卫星质量：1365公斤 轨道特性：地球静止轨道 设计寿命：3年 发射历程 风云二号系列静止气象卫星是我国第一代静止气象卫星，计划发射5颗，即风云二号A/B/C/D/E，两颗试验星（风云二号A/B），三颗业务星（风云二号C/D/E）。其中风云二号A 星于1997年6月10日发射成功，风云二号B星于2000年6月25日发射成功，姿态均为自旋稳定，只有一个三通道扫描辐射计，设计寿命3年。从风云二号C星起，扫描辐射计由三个通道增加到五个通道，在性能上较风云二号A/B两星有较大的改进与提高。风云二号C 星和D星已分别于2004年10月19日和2006年12月8日年发射。E 风云二号气象卫星 星计划于2009年发射。 12月23日8时54分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号甲运载火箭，成功将"风云二号"06星送入预定轨道。 火箭飞行24分钟后，西安卫星测控中心传来数据表明，卫星已经成功进入地球同步转移轨道。经过一系列控制，卫星将最终定点于东经123．5度赤道上空。 "风云二号"06星是由中国航天科技集团公司所属上海航天技术研究院为主研制，可全天候对地球进行连续气象监视，获取地球空间环境白天可见光云图、昼夜红外云图和水汽分布图；收集和转发气象、海洋、水文等观测数据；监测太阳X射线和空间粒子辐射数据等。卫星重1.39吨，在轨采用自旋稳定方式，用户为中国气象局。 我国于2004年10月19日和2006年12月8日发射的"风云二号"04星、05星，实现了我国气象卫星双星组网运行观测，目前两颗卫星工作状况良好。 这次发射升空的06星，是04星、05业务星的在轨备份星和接替星，它的成功发射，可增强风云气象卫星在轨连续、稳定运行的可靠性，为我国及周边国家天气观测、气象预报和减灾防灾发挥重要作用。同时，对加强我国与国际气象组织的合作，提高我国在气象领域的国际地位具有重要意义。 风云二号卫星既是高科技的产物，同时也是一个复杂的系统工程。涉及电子技术、光学技术、材料技术、关键的元器件技术，以及应用技术，其背后体现的是国家综合科技实力，参与卫星、运载、测控、发射、应用五大系统的科技人员成千上万，历经20余年，付出了极其艰苦的努力。 风云二号A星发射之后，上天运行了3个月左右就开始出现一些故障，只能间歇性工作，每天工作6到8小时之后就要休息。B星发射上去之后，运行了不到8个月，星上有一个部件开始出毛病，卫星转发下来的信号比正常情况下衰减很多，接收起来非常困难。前面两颗星，大家搞了很多年，在气象业务应用上都没有达到预期的效果，最终没有实现业务化。