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文丨见过世面的big龙
编辑丨见过世面的big龙
前言
南大洋和南极洲的天气预报首先是一个挑战，在数值天气预报模型中需要吸收的观测数据很少，在逻辑上具有挑战性，评估额外的观察可能给带来的好处是很重要的，应用无人机的大气探测在补充常规无线电探空探测观测方面具有很大的潜力。
冬季在冰雪覆盖的威德尔海进行的无人机和无线电探空探测观测，评估它们在极地版本的天气研究和预报模型中同化的影响，揭示无线电探空仪和无人机数据同化的小到中等程度的影响，吸收来自无线电卫星和无人机的探测数据，大部分时间内改善观测地点对气温、风速和湿度的分析。
温度和湿度敏感的微波辐射
对极地实验结果影响往往在距离观测点至少公里的距离上随处可见，成功地捕捉到近表面变量演化的主要特征，数据同化的影响不同，由于无人机观测的垂直范围有限，其同化的影响仅限于最低层，而无线电探空仪数据的同化更有利于模拟海平面压力和近地表风速。
来自南大洋和南极洲的观测结果对气候研究至关重要和操作性天气预报，这些地区进行的现场观测的数量非常有限，从数值天气预报的角度来看，特别需要更多的就地观测大气压、温度、水分和风的分布情况。
这些对于模型的初始化非常重要，仅从气象站和浮标的近地表观测是不够的，为评估模型的结果还需要对剖面图进行观察，通过卫星遥感收集大量的剖面观测数据，这些数据通常被吸收到模型对温度和湿度敏感的微波辐射一直是全球观测系统的重要组成部分。
通过表面雪和海冰发射率的参数化，这些辐射的同化已经产生关于空气温度和湿度剖面的重要信息，这在现场观测很少的地区尤其如此，南极洲上空的微波和红外数据的同化影响各种变量的空间格局。
用大气红外探测仪进行辐射同化和检索测量对分析和短期预报有显著影响，这种改善主要体现在对湿度、温度、风和降雨的预测中，与无线电探空仪相比，大气剖面的卫星遥感数据并不准确，垂直分辨率要差得多，卫星观测不能弥补北极无线电探空仪探测网络的巨大空间缺口。
在南极洲和南大洋空间差距甚至要大得多，无线电探空仪测深站大多位于海岸线沿线，需要对南大洋和南极冰盖内部的温度、湿度和风的分布情况进行更多的无线电探空探测或其他现场观测。
无线电探空仪数据的影响
极地地区无线电探空仪数据对模型的影响主要在北极进行研究，以北极战役为基础的无线电探空观测，减少对流层上部的分析误差，从而提高预测技能减少偏远地区预测极端天气的不确定性。
几次无线电探空观测也对北极气旋的预测有相当大的影响，调查来自无冰的北冰洋的无线电探空仪数据的影响，重点是观测网络的密度，在北冰洋频繁进行无线电探空观测，提高当地和整个北半球北部的实验整体再分析的准确性影响甚至持续数周。
无线电探空仪数据对短期预报的影响可能消失，无线电探空仪同化的影响取决于所研究的案例和潜在的实验设置，除改善天气预报外吸收探测数据也有助于改善海冰预测，利用耦合冰海洋模型，同化基于北极战役的无线电探空仪数据，有助于预测强风事件，预测由风驱动的海冰平流。
对无线电探空仪数据的同化对海冰分布更好地预测海冰分布，特别是在探测地点附近有强气旋的情况下，高空温度、风和比湿度的现场观测也可以从飞机和飞行员气球和风轮廓仪上获得，在现场观测结果很少见的高纬度地区吸收无线电探空仪和风分析仪数据的好处。
研究卫星和地面微波辐射计的温度和湿度，大气探测也可以应用无人机，作为一种无人机小型无人气象观测者已证明其在广泛的现场研究应用中的适用性，如何利用获得的下对流层的温度、湿度和风剖面，应用天气研究和预报模型改进数值天气模拟。
在冰岛的一座高山附近检索到的大气剖面在的高级研究版本中被同化，当被迫观测到的风和温度分布时，捕捉复杂的天气情况，数据同化的影响不仅发生在观测点的下风处，在南极洲的沿海地区开展应用的活动，在南大洋进行了一次独特的观测任务补充每日无线电探空探测。
温度和湿度垂直变异性
北极星在冬季冰威德尔海巡航，对同化物的影响进行实验对房车极地无线电探空仪和无人机观测的模型分析和仿真，找出无线电探空仪和无人机在冬季观测到南大洋的模型的好处，探测是基于一个商用的建设工具包称为多路，配备林登堡和由穆勒公司提供的气象传感器。
测量气象变量的轮廓在房车的巡航期间，对气温、湿度和风向的观测，房车的巡航被分为不同的冰站，温度和湿度传感器具有热惯性下降速率略慢于上升速率，来自下降剖面的数据更准确，数值方法可以计算出来对传感器滞后的纠正。
在较低的对流层特别是在海拔米以下的地方，温度和湿度剖面往往具有相当强的垂直变异性，这样的轮廓对于纠正传感器滞后特别具有挑战性，我们选择不将这种修正应用于轮廓，将剖面的观测时间定义为下降中间对应的时间，手动控制的轨迹不像在更高水平时那样稳定。
排除风观测对于压力、湿度和温度，在最低几十米的上升和下降的温度分布，每个剖面平均超过米的高度极地尾的无线电探空探测使用右旋旋翼上的无线电探空设备进行每日压力、温度、相对湿度和风矢量的轮廓测量。
由于太阳和红外辐射可能会显著影响高海拔地区无线电探空仪温度的准确性，北极星上的气球从海拔的直升机甲板上发射出来，忽略无线电探空观测的最低个体记录，避免船舶的流动干扰和加热效应。
数据同化实验采用无线电探空仪的大气气压、风速、风向以及气温、湿度等轮廓数据，无线电探空仪观测结果的垂直分辨率约为米，没有取垂直平均值对于一个典型的无线电探空剖面，在极地实验中同化的无线电探空仪和观测结果。
北极和南极的天气和气候研究
自动气象站的观测结果除和辐射仪的剖面观测外，还使用房车北极上的自动气象站的观测来验证模拟的结果，获得大气压、气温、空气湿度和风记录，大气压力的测量值已降低到海平面，真实的风是考虑到和陀螺航向数据，使用安装在不通风的辐射防护罩中。
将模型水平上的值插值到观测水平上，利用来自南极洲德隆宁莫德地的纽梅尔三号站的气象观测数据，以更好地呈现极性区域的物理过程，极地主要由美国应用于南极的操作天气预报。南极中尺度预测系统运行于整个大陆和周围海洋。
从操作分析中提取初始条件和边界条件，采用四维数据同化系统吸收来自极地的无线电探空仪和数据，每个网格点有网格点，水平分辨率设计方式覆盖了探测点和下游区域，数据同化策略根据观测的特定时期。
为评估同化无线电探空和气象探测观测剖面数据的潜在好处，观测推使用观测数据将模型值推向观测，并不断将观测合并到模型模拟中，以防止模型预测远离观测，在这项研究中观测推动被用来局部强迫模拟对和无线电探空观测。
同化实验采用压力、高度、湿度、风、温度等变量，各剖面的同化时间窗为小时，可以评估这些观测结果对模拟的影响，对本地分析的影响为演示探测数据的同化过程如何影响模型分析。
剖面是从和的第一次分析中提取的，没有对的分析进行比较，因为无线电探空观测时间即的模拟时间都是在上午，它们与观测的时间没有重叠，这个温度、风和相对湿度分析包括无线电探空仪观测结果的同化和观测值比分析更符合观察到的轮廓。
无线电探空仪和模拟数据的影响
无线电探空仪观测的积极影响，即同化轮廓更接近观测除不同的观测高度外，无线电探空数据和数据的影响差异也可能受到无线电探空数据和观测数据的时间差的影响，风速剖面也受到平均海平面压力和气温剖面数据的吸收的影响。
与温度剖面相比基于无线电探空仪和数据同化的风和湿度剖面不像观测剖面和温度剖面那样详细，捕捉观测的主要特征在高海拔地区实验的剖面倾向于接近实验的剖面，无线电探空仪和模拟数据的同化对局部分析有明显的积极影响。
对天模型实验的影响波拉斯特恩轨道通过比较房车北极星巡航轨道上几个变量的时间序列，研究数据同化对天模型实验的影响，模拟和观测之间的差异的时间序列，相对湿度和比湿度在无线电探空仪探测后不久通常比和产生更好的结果，和几乎是相同的除前半部分大多数观察结果被同化。
数据同化的微小积极影响相对于有所改善，观察结果的同化对的结果有轻微的正向影响，在无线电产生不合理的噪声积极的影响在同化后不久就消失了，将剖面观测结果与模拟近地表风速的关系，在模拟观测可供同化的时候仍然可以发现微小的改进。
在相对湿度和比湿度的模拟方面略优于，特别是在观测结果被同化的时候，当评估与在位于观测地点上游的船只上进行的观测数据时，同化的测深数据不能产生太大的影响，除沿北极星轨道的模型结果外，同化对南极观测站模拟的影响也是有趣的。
风速和纽梅耶站的风向，模拟它们似乎已经捕捉到空气压力的主要变化确定和风速，最大的新丹模拟和观测温度的差异它的大小高达，在模拟结果中发现较大的误差案例中风向的变化，同化的结果是在所有变量中与模拟几乎相同所有情况。
结语
知道无人机活动仍然需要人力而辐射机器人也可以自动发射，可以预见无人机的操作在未来也将实现自动化，由于所有的南极观测都是昂贵的，在逻辑上具有挑战性但技术在不断发展，需要做更多的工作来全面评估各种额外观测可能给南极带来的成本和效益。
无人机的操作在未来也将实现自动化，由于所有的南极观测都是昂贵的，在逻辑上具有挑战性，技术在不断发展需要做更多的工作来全面评估各种额外观测可能给南极带来的成本和效益。
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