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文丨見過世面的big龍
編輯丨見過世面的big龍
前言
南大洋和南極洲的天氣預報首先是一個挑戰，在數值天氣預報模型中需要吸收的觀測資料很少，在邏輯上具有挑戰性，評估額外的觀察可能給帶來的好處是很重要的，應用無人機的大氣探測在補充正常無線電探空探測觀測方面具有很大的潛力。
冬季在冰雪覆寫的威德爾海進行的無人機和無線電探空探測觀測，評估它們在極地版本的天氣研究和預報模型中同化的影響，揭示無線電探空儀和無人機資料同化的小到中等程度的影響，吸收來自無線電衛星和無人機的探測資料，大部分時間内改善觀測地點對氣溫、風速和濕度的分析。
溫度和濕度敏感的微波輻射
對極地實驗結果影響往往在距離觀測點至少公裡的距離上随處可見，成功地捕捉到近表面變量演化的主要特征，資料同化的影響不同，由于無人機觀測的垂直範圍有限，其同化的影響僅限于最低層，而無線電探空儀資料的同化更有利于模拟海平面壓力和近地表風速。
來自南大洋和南極洲的觀測結果對氣候研究至關重要和操作性天氣預報，這些地區進行的現場觀測的數量非常有限，從數值天氣預報的角度來看，特别需要更多的就地觀測大氣壓、溫度、水分和風的分布情況。
這些對于模型的初始化非常重要，僅從氣象站和浮标的近地表觀測是不夠的，為評估模型的結果還需要對剖面圖進行觀察，通過衛星遙感收集大量的剖面觀測資料，這些資料通常被吸收到模型對溫度和濕度敏感的微波輻射一直是全球觀測系統的重要組成部分。
通過表面雪和海冰發射率的參數化，這些輻射的同化已經産生關于空氣溫度和濕度剖面的重要資訊，這在現場觀測很少的地區尤其如此，南極洲上空的微波和紅外資料的同化影響各種變量的空間格局。
用大氣紅外探測儀進行輻射同化和檢索測量對分析和短期預報有顯著影響，這種改善主要展現在對濕度、溫度、風和降雨的預測中，與無線電探空儀相比，大氣剖面的衛星遙感資料并不準确，垂直分辨率要差得多，衛星觀測不能彌補北極無線電探空儀探測網絡的巨大空間缺口。
在南極洲和南大洋空間差距甚至要大得多，無線電探空儀測深站大多位于海岸線沿線，需要對南大洋和南極冰蓋内部的溫度、濕度和風的分布情況進行更多的無線電探空探測或其他現場觀測。
無線電探空儀資料的影響
極地地區無線電探空儀資料對模型的影響主要在北極進行研究，以北極戰役為基礎的無線電探空觀測，減少對流層上部的分析誤差，進而提高預測技能減少偏遠地區預測極端天氣的不确定性。
幾次無線電探空觀測也對北極氣旋的預測有相當大的影響，調查來自無冰的北冰洋的無線電探空儀資料的影響，重點是觀測網絡的密度，在北冰洋頻繁進行無線電探空觀測，提高當地和整個北半球北部的實驗整體再分析的準确性影響甚至持續數周。
無線電探空儀資料對短期預報的影響可能消失，無線電探空儀同化的影響取決于所研究的案例和潛在的實驗設定，除改善天氣預報外吸收探測資料也有助于改善海冰預測，利用耦合冰海洋模型，同化基于北極戰役的無線電探空儀資料，有助于預測強風事件，預測由風驅動的海冰平流。
對無線電探空儀資料的同化對海冰分布更好地預測海冰分布，特别是在探測地點附近有強氣旋的情況下，高空溫度、風和比濕度的現場觀測也可以從飛機和飛行員氣球和風輪廓儀上獲得，在現場觀測結果很少見的高緯度地區吸收無線電探空儀和風分析儀資料的好處。
研究衛星和地面微波輻射計的溫度和濕度，大氣探測也可以應用無人機，作為一種無人機小型無人氣象觀測者已證明其在廣泛的現場研究應用中的适用性，如何利用獲得的下對流層的溫度、濕度和風剖面，應用天氣研究和預報模型改進數值天氣模拟。
在冰島的一座高山附近檢索到的大氣剖面在的進階研究版本中被同化，當被迫觀測到的風和溫度分布時，捕捉複雜的天氣情況，資料同化的影響不僅發生在觀測點的下風處，在南極洲的沿海地區開展應用的活動，在南大洋進行了一次獨特的觀測任務補充每日無線電探空探測。
溫度和濕度垂直變異性
北極星在冬季冰威德爾海巡航，對同化物的影響進行實驗對房車極地無線電探空儀和無人機觀測的模型分析和仿真，找出無線電探空儀和無人機在冬季觀測到南大洋的模型的好處，探測是基于一個商用的建設工具包稱為多路，配備林登堡和由穆勒公司提供的氣象傳感器。
測量氣象變量的輪廓在房車的巡航期間，對氣溫、濕度和風向的觀測，房車的巡航被分為不同的冰站，溫度和濕度傳感器具有熱慣性下降速率略慢于上升速率，來自下降剖面的資料更準确，數值方法可以計算出來對傳感器滞後的糾正。
在較低的對流層特别是在海拔米以下的地方，溫度和濕度剖面往往具有相當強的垂直變異性，這樣的輪廓對于糾正傳感器滞後特别具有挑戰性，我們選擇不将這種修正應用于輪廓，将剖面的觀測時間定義為下降中間對應的時間，手動控制的軌迹不像在更高水準時那樣穩定。
排除風觀測對于壓力、濕度和溫度，在最低幾十米的上升和下降的溫度分布，每個剖面平均超過米的高度極地尾的無線電探空探測使用右旋旋翼上的無線電探空裝置進行每日壓力、溫度、相對濕度和風矢量的輪廓測量。
由于太陽和紅外輻射可能會顯著影響高海拔地區無線電探空儀溫度的準确性，北極星上的氣球從海拔的直升機甲闆上發射出來，忽略無線電探空觀測的最低個體記錄，避免船舶的流動幹擾和加熱效應。
資料同化實驗采用無線電探空儀的大氣氣壓、風速、風向以及氣溫、濕度等輪廓資料，無線電探空儀觀測結果的垂直分辨率約為米，沒有取垂直平均值對于一個典型的無線電探空剖面，在極地實驗中同化的無線電探空儀和觀測結果。
北極和南極的天氣和氣候研究
自動氣象站的觀測結果除和輻射儀的剖面觀測外，還使用房車北極上的自動氣象站的觀測來驗證模拟的結果，獲得大氣壓、氣溫、空氣濕度和風記錄，大氣壓力的測量值已降低到海平面，真實的風是考慮到和陀螺航向資料，使用安裝在不通風的輻射防護罩中。
将模型水準上的值插值到觀測水準上，利用來自南極洲德隆甯莫德地的紐梅爾三号站的氣象觀測資料，以更好地呈現極性區域的實體過程，極地主要由美國應用于南極的操作天氣預報。南極中尺度預測系統運作于整個大陸和周圍海洋。
從操作分析中提取初始條件和邊界條件，采用四維資料同化系統吸收來自極地的無線電探空儀和資料，每個網格點有網格點，水準分辨率設計方式覆寫了探測點和下遊區域，資料同化政策根據觀測的特定時期。
為評估同化無線電探空和氣象探測觀測剖面資料的潛在好處，觀測推使用觀測資料将模型值推向觀測，并不斷将觀測合并到模型模拟中，以防止模型預測遠離觀測，在這項研究中觀測推動被用來局部強迫模拟對和無線電探空觀測。
同化實驗采用壓力、高度、濕度、風、溫度等變量，各剖面的同化時間窗為小時，可以評估這些觀測結果對模拟的影響，對本地分析的影響為示範探測資料的同化過程如何影響模型分析。
剖面是從和的第一次分析中提取的，沒有對的分析進行比較，因為無線電探空觀測時間即的模拟時間都是在上午，它們與觀測的時間沒有重疊，這個溫度、風和相對濕度分析包括無線電探空儀觀測結果的同化和觀測值比分析更符合觀察到的輪廓。
無線電探空儀和模拟資料的影響
無線電探空儀觀測的積極影響，即同化輪廓更接近觀測除不同的觀測高度外，無線電探空資料和資料的影響差異也可能受到無線電探空資料和觀測資料的時間差的影響，風速剖面也受到平均海平面壓力和氣溫剖面資料的吸收的影響。
與溫度剖面相比基于無線電探空儀和資料同化的風和濕度剖面不像觀測剖面和溫度剖面那樣詳細，捕捉觀測的主要特征在高海拔地區實驗的剖面傾向于接近實驗的剖面，無線電探空儀和模拟資料的同化對局部分析有明顯的積極影響。
對天模型實驗的影響波拉斯特恩軌道通過比較房車北極星巡航軌道上幾個變量的時間序列，研究資料同化對天模型實驗的影響，模拟和觀測之間的差異的時間序列，相對濕度和比濕度在無線電探空儀探測後不久通常比和産生更好的結果，和幾乎是相同的除前半部分大多數觀察結果被同化。
資料同化的微小積極影響相對于有所改善，觀察結果的同化對的結果有輕微的正向影響，在無線電産生不合理的噪聲積極的影響在同化後不久就消失了，将剖面觀測結果與模拟近地表風速的關系，在模拟觀測可供同化的時候仍然可以發現微小的改進。
在相對濕度和比濕度的模拟方面略優于，特别是在觀測結果被同化的時候，當評估與在位于觀測地點上遊的船隻上進行的觀測資料時，同化的測深資料不能産生太大的影響，除沿北極星軌道的模型結果外，同化對南極觀測站模拟的影響也是有趣的。
風速和紐梅耶站的風向，模拟它們似乎已經捕捉到空氣壓力的主要變化确定和風速，最大的新丹模拟和觀測溫度的差異它的大小高達，在模拟結果中發現較大的誤差案例中風向的變化，同化的結果是在所有變量中與模拟幾乎相同所有情況。
結語
知道無人機活動仍然需要人力而輻射機器人也可以自動發射，可以預見無人機的操作在未來也将實作自動化，由于所有的南極觀測都是昂貴的，在邏輯上具有挑戰性但技術在不斷發展，需要做更多的工作來全面評估各種額外觀測可能給南極帶來的成本和效益。
無人機的操作在未來也将實作自動化，由于所有的南極觀測都是昂貴的，在邏輯上具有挑戰性，技術在不斷發展需要做更多的工作來全面評估各種額外觀測可能給南極帶來的成本和效益。
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