COSMIC掩星大氣水汽廓線的質(zhì)量分析

陳 冰，龔 紹 琦，張 存 杰，閔 愛 蓮，王 海 君，韓 靜

(1.南京信息工程大學(xué)遙感與測繪工程學(xué)院，江蘇 南京210044；2.海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 三亞 570203；3.國家氣候中心，北京100081；4.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京210044)

0 引言

水汽是大氣中最活躍的成分之一，其空間分布極不均勻、時(shí)間變化快，是生成云和降水的必要條件；同時(shí)，水汽通過大氣平流和垂直輸送、蒸發(fā)與凝結(jié)等過程影響大氣輻射，進(jìn)而影響地—?dú)忾g的水分循環(huán)和能量平衡。因此，水汽是天氣預(yù)報(bào)、氣候變化乃至全球變化監(jiān)測的重要對象。

目前可用的水汽資料包括：1)經(jīng)驗(yàn)柵格模型的ECMWF[1]和NCEP/NCAR[2]再分析數(shù)據(jù)，多用于局部水汽研究，空間分辨率偏低(最高為0.125°×0.125°)；2)地基數(shù)據(jù)，包括探空數(shù)據(jù)[3]、GNSS反演水汽數(shù)據(jù)[4]、太陽光度計(jì)觀測數(shù)據(jù)[5]、微波輻射計(jì)數(shù)據(jù)[6]和激光雷達(dá)數(shù)據(jù)[7]，除探空數(shù)據(jù)每天觀測2次外，其他數(shù)據(jù)觀測頻率高達(dá)15 min/次甚至5 min/次，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，但觀測站點(diǎn)少且分布不均，無法進(jìn)行有效的空間分布特征分析；3)空基水汽數(shù)據(jù)，源于微波遙感、熱紅外遙感[8]、近紅外遙感[9]及GNSS掩星反演，時(shí)空分辨率高，但該類數(shù)據(jù)主要為大氣總水汽量數(shù)據(jù)，很少有大氣垂直剖面的水汽數(shù)據(jù)。隨著低軌衛(wèi)星無線電掩星技術(shù)不斷發(fā)展，由低軌衛(wèi)星搭載GNSS掩星接收機(jī)能在全球范圍內(nèi)獲得大氣剖面溫濕壓數(shù)據(jù)[9-12]，這些數(shù)據(jù)成本低、精度高、垂直分辨率高，且不受云雨天氣影響，還能提供洋面上方的溫濕廓線分布信息，是高空大氣探測不可或缺的一部分。其中，COSMIC星座由6顆微小衛(wèi)星組成[13]，衛(wèi)星掃描周期為100 min，每天能得到約2 000個(gè)近實(shí)時(shí)掩星點(diǎn)的大氣垂直剖面數(shù)據(jù)[14]，是當(dāng)前GNSS掩星數(shù)據(jù)最多的一個(gè)星座。然而，當(dāng)前國內(nèi)外研究主要利用探空數(shù)據(jù)和再分析數(shù)據(jù)對COSMIC大氣溫濕和折射率廓線進(jìn)行局部區(qū)域質(zhì)量分析[15-20]，缺少對全球范圍的深度研究。因此，本文利用全球探空數(shù)據(jù)對COSMIC大氣水汽廓線數(shù)據(jù)進(jìn)行不同高度、緯度和季節(jié)的質(zhì)量評估，選取近地面和對流層頂兩個(gè)典型高度分析全球水汽的時(shí)空分布特征，為COSMIC大氣水汽廓線數(shù)據(jù)在全球數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 數(shù)據(jù)與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)

1.1.1 COSMIC掩星數(shù)據(jù) COSMIC星座中每個(gè)微小衛(wèi)星都搭載了高精度GPS雙頻接收機(jī)，能精確記錄由GPS衛(wèi)星發(fā)射的微波信號。COSMIC掩星數(shù)據(jù)反演步驟為：根據(jù)多普勒頻移原理計(jì)算微波信號的相位延遲，通過相位延遲序列獲取多普勒殘差，并結(jié)合精密GPS和LEO衛(wèi)星軌道信息，計(jì)算GPS信號的彎曲角變化函數(shù)；然后用Abel積分逆變換對彎曲角序列反演得到大氣折射指數(shù)剖面；最后通過理想氣體狀態(tài)方程、流體力學(xué)方程和大氣折射率方程反演得到水汽壓數(shù)據(jù)[21]。本文采用的COSMIC掩星水汽廓線數(shù)據(jù)源于美國COSMIC數(shù)據(jù)分析與存檔中心(Data Analysis and Archive Center)后處理的二級產(chǎn)品(WetPrf)，即基于前面反演得到的水汽壓數(shù)據(jù)，結(jié)合ECMWF再分析資料經(jīng)過一維變分同化方法反演得到的大氣廓線，包括氣壓、海平面高度、折射率、氣溫和水汽壓數(shù)據(jù)，垂直分辨率為100 m，時(shí)間選擇2016年1月、4月、7月和10月，即一年中典型月份，數(shù)據(jù)下載網(wǎng)址為https://cdaac-www.cosmic.ucar.edu/cdaac/products.html#cosmic。

1.1.2 無線電探空水汽壓數(shù)據(jù) 本文所用探空數(shù)據(jù)來源于南京信息工程大學(xué)氣象臺，數(shù)據(jù)日期與COSMIC掩星數(shù)據(jù)一致。無線電探空儀是高層大氣觀測的主要儀器，全球共分布1 000多個(gè)探空站，每天早晚兩次通過釋放探空氣球觀測大氣剖面，并在UTC 0時(shí)和12時(shí)發(fā)布數(shù)據(jù)，觀測要素有位勢高度、氣壓、氣溫、相對濕度、風(fēng)速和風(fēng)向，觀測的特征層高度分別為從地表到大氣剖面1 000 hpa、925 hpa、850 hpa、700 hpa、500 hpa、400 hpa、300 hpa、250 hpa、200 hpa、150 hpa和100 hpa的位置。理想條件下，經(jīng)過校準(zhǔn)的無線電探空大氣溫度數(shù)據(jù)精度為±0.5 ℃，相對濕度精度為±5%[15]，因此，無線電探空數(shù)據(jù)是目前精準(zhǔn)的大氣觀測資料之一[3]，可作為其他觀測數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)。本文首先利用探空觀測的露點(diǎn)溫度t(適用范圍為-45～60℃)根據(jù)飽和水汽壓公式(1)[22]計(jì)算出特征層的大氣水汽壓esw，再與對應(yīng)高度的COSMIC掩星水汽壓進(jìn)行比較。

esw=e0×exp[17.15×t/(235+t)]

(1)

式中：e0=6.112 hpa，為0℃時(shí)的飽和水汽壓。

1.2 研究方法

本文首先對無線電探空數(shù)據(jù)、COSMIC掩星數(shù)據(jù)進(jìn)行100 km空間距離和2 h觀測間隔的匹配，剔除匹配數(shù)據(jù)中的異常值；然后基于無線電探空數(shù)據(jù)，選擇平均偏差(MB)、均方根誤差(RMSE)和平均絕對百分比誤差(MAPE)分別從不同高度、季節(jié)和緯度對COSMIC水汽壓進(jìn)行質(zhì)量評估，確定COSMIC水汽壓的精度；最后，通過克里金插值對全球水汽壓在近地面(925 hpa)和對流層頂(300 hpa)兩個(gè)典型高度層的空間分布特征進(jìn)行分析。具體流程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)處理與評估流程Fig.1 Flow chart of data processing and evaluation

1.2.1 COSMIC水汽壓與探空水汽壓匹配 COSMIC掩星點(diǎn)的位置每天都會發(fā)生變化，而無線電探空觀測除由探空氣球漂移引起的微小變化外，其觀測站點(diǎn)的位置相對固定。因此，在進(jìn)行COSMIC水汽壓和探空水汽壓比較前，需對兩種數(shù)據(jù)集在每個(gè)觀測點(diǎn)上進(jìn)行空間位置和觀測時(shí)間匹配。參考前人研究，選擇COSMIC掩星時(shí)間與探空觀測前后1 h、掩星點(diǎn)距探空站點(diǎn)100 km(≈1°)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配[23-25]。具體實(shí)現(xiàn)過程為：1)水平空間匹配(由ArcGIS軟件完成)。首先，根據(jù)探空站點(diǎn)的經(jīng)緯度生成點(diǎn)矢量文件，并在每個(gè)探空站周圍創(chuàng)建半徑為100 km的圓形緩沖區(qū)；其次，根據(jù)每天COSMIC所有掩星點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)生成點(diǎn)矢量文件，用探空站緩沖區(qū)對其裁剪，得到的掩星點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了與探空站點(diǎn)的空間匹配；最后將裁剪后的COSMIC掩星點(diǎn)矢量文件與探空站點(diǎn)矢量文件進(jìn)行屬性關(guān)聯(lián)，以便進(jìn)行時(shí)間匹配。2)觀測時(shí)間匹配。由于全球無線電探空儀的觀測時(shí)間為UTC 0時(shí)和12時(shí)，而COSMIC掩星觀測時(shí)間為UTC 0-23時(shí)，因此，在完成水平空間匹配的數(shù)據(jù)對中，將前一天23-24時(shí)和當(dāng)天0-1時(shí)之間的COSMIC數(shù)據(jù)與0時(shí)的探空數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，將當(dāng)天11-13時(shí)的COSMIC數(shù)據(jù)與12時(shí)的探空數(shù)據(jù)匹配，即實(shí)現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)的時(shí)間匹配。以2016年4月的匹配結(jié)果(圖2)為例，由于探空數(shù)據(jù)的觀測站點(diǎn)相對固定，每天滿足匹配的COSMIC數(shù)據(jù)的空間位置變化不大，所以部分匹配數(shù)據(jù)重疊導(dǎo)致視覺上時(shí)空匹配結(jié)果較少。3)垂直空間匹配。由于無線電探空和COSMIC數(shù)據(jù)的垂直分辨率不同，因此，以探空數(shù)據(jù)特征層高度為基準(zhǔn)，取兩種數(shù)據(jù)中具有相同氣壓的數(shù)據(jù)進(jìn)行垂直高度匹配，選取氣壓為1 000 hpa、925 hpa、850 hpa、700 hpa、500 hpa、400 hpa、300 hpa、250 hpa和200 hpa的高度，然后比較對應(yīng)高度的COSMIC水汽壓與探空水汽壓。

注：基于自然資源部標(biāo)注地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號為GS(2016)1663號的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無修改，下同。

1.2.2 COSMIC水汽壓質(zhì)量評估 在完成COSMIC與探空水汽壓數(shù)據(jù)匹配后，需檢查匹配數(shù)據(jù)對中可能存在的離群值或異常值。已有研究表明，COSMIC不同高度比濕受異常值影響，使得相對誤差在-100%～1 000%之間[19]，參考本文COSMIC數(shù)據(jù)實(shí)際情況，將COSMIC水汽壓與探空水汽壓相對誤差小于-60%或大于100%的數(shù)據(jù)對剔除。因此，每個(gè)大氣層高度數(shù)據(jù)對的樣本數(shù)不同。氣壓1 000 hpa高度的樣本數(shù)為2 252，到700 hpa時(shí)增至最大值4 718，200 hpa時(shí)減少為2 329。為評估COSMIC水汽壓相對于探空水汽壓的精度，參考前人研究[26，27]，選擇平均偏差(MB)、均方根誤差(RMSE)和平均絕對百分比誤差(MAPE)作為COSMIC水汽壓數(shù)據(jù)質(zhì)量的評價(jià)指標(biāo)，MB越接近于0、RMSE和MAPE越小，則COSMIC水汽壓的精度越高。計(jì)算公式如下：

(2)

(3)

(4)

式中：Sk為COSMIC水汽壓值；Ik為探空水汽壓值；N為樣本數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 COSMIC水汽壓與探空水汽壓的高度差異

由COSMIC與探空水汽壓在不同高度的散點(diǎn)圖(圖3)可知，匹配的數(shù)據(jù)點(diǎn)大部分在1∶1線附近，相關(guān)系數(shù)在0.785～0.881之間，表明COSMIC水汽壓和探空水汽壓一致性較好。隨著氣壓由1 000 hpa降至200 hpa，相關(guān)系數(shù)先增大后減小，在500 hpa時(shí)達(dá)到最大值(R=0.881)；不同高度的MAPE在24.553%～37.956%之間，說明COSMIC水汽壓相對于探空水汽壓的精度隨高度發(fā)生變化，RMSE和MB均隨著高度的增加(氣壓的減小)而減小，一方面是由于大氣中水汽壓會隨著高度的增加逐漸減小，另一方面是由于低層COSMIC掩星和探空觀測的誤差也相對較大。從各散點(diǎn)圖中擬合直線與1∶1線的接近程度看，低層COSMIC水汽壓與探空水汽壓差異稍大，兩條直線的差異也大；隨著高度增加，大氣水汽含量逐漸減小，兩直線逐漸接近。

圖3 不同高度COSMIC與探空水汽壓的散點(diǎn)圖Fig.3 Scatter plots of water vapor pressure of COSMIC and radiosonde at different atmospheric heights

為更直觀地認(rèn)識COSMIC與探空水汽壓在不同高度上的差異，繪制二者M(jìn)B、RMSE和MAPE的垂直剖面圖(圖4)?？梢钥闯觯珻OSMIC水汽壓相對于探空水汽壓為負(fù)偏差，且越接近地表，偏差越大，在對流層頂及以上高空，COSMIC水汽壓與探空水汽壓偏差較小，二者趨于一致；RMSE隨高度增加而減小，且在對流層頂及以上高度趨向于0，這與徐桂榮等[28]在青藏高原地區(qū)得出的COSMIC水汽壓與探空水汽壓的結(jié)果相似，即在低層二者偏差較大，隨著高度增加偏差逐漸減小，在氣壓低于500 hpa、高度大于5.6 km時(shí)，二者偏差趨向于0；MAPE在925 hpa和850 hpa附近較小，在700～200 hpa區(qū)間，MAPE隨高度上升而逐漸增大，尤其是到500 hpa處及以上高度，誤差顯著增大至30%以上。杜明斌等[15]研究表明，中國區(qū)域和西北太平洋地區(qū)COSMIC水汽壓相對于探空水汽壓在925～200 hpa區(qū)間的RMSE為0～3 hpa；王洪等[17]對比分析2008年5-11月COSMIC水汽壓與探空水汽壓，發(fā)現(xiàn)二者的MB在30 km高度以內(nèi)為-1～0.75 hpa，RMSE為0～3 hpa；馬旭林等[23]研究表明，我國COSMIC水汽壓在925～150 hpa區(qū)間的相對誤差為0～45%。盡管本文選用COSMIC數(shù)據(jù)的時(shí)間、區(qū)域不同，但得到的結(jié)果與已有研究結(jié)果吻合，說明COSMIC掩星系統(tǒng)及反演算法穩(wěn)定，數(shù)據(jù)質(zhì)量好。

圖4 不同高度COSMIC與探空水汽壓差異Fig.4 Differences of water vapor pressure between COSMIC and radiosonde at different atmospheric heights

2.2 COSMIC水汽壓與探空水汽壓的緯度差異

為比較COMIC水汽壓與探空水汽壓在不同緯度帶的質(zhì)量差異，將全球劃分為低緯度(熱帶)地區(qū)(30°S～30°N)、中緯度地區(qū)(南北半球30°～60°)及高緯度地區(qū)(南北半球60°～90°)，并計(jì)算3個(gè)緯度區(qū)不同高度COSMIC水汽壓與探空水汽壓的MB、RMSE和MAPE值(圖5)。1)由圖5a可知，在氣壓為1 000～400 hpa的高度，不同緯度地區(qū)的MB始終為負(fù)，并隨著高度增加，MB的絕對值逐漸減小。低緯度地區(qū)的MB最大(-3.500～-0.030 hpa)，中緯度地區(qū)居中(-1.190～-0.020 hpa)，高緯度地區(qū)最小(-0.703～-0.012 hpa)，這主要與水汽含量的維度差異有關(guān)，低緯度地區(qū)水汽含量高于中、高緯度地區(qū)，導(dǎo)致COSMIC掩星和探空觀測的誤差均較大。在氣壓低于300 hpa的高度，MB接近0，幾乎不隨緯度變化而變化，主要是高空水汽含量低，其緯度差異很小，不同觀測方式獲得的水汽壓結(jié)果相似。2)由圖5b可知，在氣壓為1 000～400 hpa的高度，低緯度地區(qū)的RMSE最大(6.645～0.218 hpa)，中緯度地區(qū)次之(3.305～0.137 hpa)，高緯度地區(qū)最小(1.830～0.065 hpa)；當(dāng)氣壓低于300 hpa時(shí)，不同緯度的RMSE均很小且接近。3)由圖5c可知，在氣壓高于850 hpa的低層，低緯度同中、高緯度的MAPE差異較大，這是由于低層大氣水汽含量大，COSMIC和探空觀測的水汽壓誤差稍大；在氣壓為850～500 hpa的高度，不同緯度的MAPE差異相對較小，原因是中層大氣水汽含量的緯度差異減?。欢跉鈮旱陀?00 hpa的高空，不同緯度的MAPE又變大，主要是高空水汽壓較小，不同緯度水汽壓細(xì)微的偏差都會引起MAPE較大的差異。

圖5 不同緯度地區(qū)COSMIC與探空水汽壓差異Fig.5 Differences of water vapor pressure between COSMIC and radiosonde in different latitude zones

由此可見，COSMIC水汽壓隨緯度變化存在明顯差異，馬旭林等[23]對比全球范圍內(nèi)不同緯度海洋與陸地區(qū)域COSMIC水汽壓偏差，發(fā)現(xiàn)中低緯度陸地水汽壓偏差為正值，洋面水汽壓偏差為負(fù)值，由于海洋分布范圍較陸地廣，故中低緯度水汽壓偏差總體為負(fù)，與本文研究結(jié)論一致。

2.3 COSMIC水汽壓與探空水汽壓的季節(jié)差異

為確定COSMIC水汽壓在不同季節(jié)的差異性，以北半球的1月和南半球的7月代表冬季，北半球的4月和南半球的10月代表春季，北半球的7月和南半球的1月代表夏季，北半球的10月和南半球的4月代表秋季，計(jì)算不同季節(jié)COSMIC水汽壓與探空水汽壓的MB、RMSE和MAPE(圖6)。1)由圖6a可知，MB的絕對值隨高度上升而減小，在氣壓為1 000～400 hpa的高度，夏季的MB最大(-3.457～-0.039 hpa)，秋、冬季次之(-2.081～-0.034 hpa、-1.428～-0.012 hpa)，春季最小(-1.263～-0.013 hpa)；在氣壓低于300 hpa的高度，不同季節(jié)的MB均接近于0。2)由圖6b可知，不同季節(jié)的RMSE隨高度上升而減小。在氣壓為1 000～400 hpa的高度，夏季的RMSE最大(5.357～0.248 hpa)，秋季次之(5.135～0.151 hpa)，春、冬季相對較?。划?dāng)氣壓低于400 hpa時(shí)，不同季節(jié)的RMSE接近，均在0.08 hpa以下。3)從圖6c可知，不同季節(jié)的MAPE隨高度上升而增大，數(shù)值在19.225%～39.679%之間，且夏季MAPE最大，秋季最?。辉跉鈮旱陀?00 hpa的高度，不同季節(jié)的MAPE均為37%左右。綜上，COSMIC水汽壓的質(zhì)量存在明顯的季節(jié)差異，夏季偏差最大，春、秋、冬季差異相對較小，與余君等[18]的研究結(jié)論相似。

圖6 不同季節(jié)COSMIC與探空水汽壓差異Fig.6 Differences of water vapor pressure between COSMIC and radiosonde in different seasons

2.4 COSMIC水汽壓的全球時(shí)空分布特征

選擇COSMIC 925 hpa和300 hpa對應(yīng)的高度分別代表近地層和對流層頂兩個(gè)典型高度，利用ArcGIS軟件基于WGS84坐標(biāo)系采用普通克里金插值法[29，30]對每天COSMIC所有掩星點(diǎn)在兩個(gè)典型高度的水汽壓數(shù)據(jù)以0.5°分辨率進(jìn)行空間插值，用預(yù)測誤差均值和標(biāo)準(zhǔn)RMSE評價(jià)插值精度，預(yù)測誤差均值越小、標(biāo)準(zhǔn)RMSE越接近1，則插值質(zhì)量越好。結(jié)果顯示，COSMIC水汽壓在近地層的誤差均值和標(biāo)準(zhǔn)RMSE分別為0.16～0.55 hpa和0.75～1.28 hpa，對流層頂分別為-0.0006～0.013 hpa和0.80～1.18 hpa，由于近地層水汽壓比對流層頂高，插值后的誤差均值也相對較高，但兩個(gè)高度的標(biāo)準(zhǔn)RMSE都接近1，表明COSMIC在兩個(gè)典型高度空間插值精度均較高。由此可見，盡管每天COSMIC掩星點(diǎn)的空間位置和觀測時(shí)間不固定，但其每天觀測的樣本數(shù)基本一致且在全球范圍內(nèi)均勻分布，故對空間插值結(jié)果的影響不大。在此基礎(chǔ)上，對每天插值后的水汽壓數(shù)據(jù)按月平均，得到2個(gè)典型高度在1月、4月、7月和10月的全球水汽壓空間分布圖(圖7、圖8，彩圖見附錄1)，顯示了全球水汽壓典型月份的平均水平。

圖7 2016年1月、4月、7月和10月925 hpa氣壓高度的COSMIC水汽壓全球分布Fig.7 Global distribution of COSMIC water vapor pressure at 925 hpa in January,April,July and October 2016

由圖7可知，在氣壓925 hpa高度，全球水汽壓值為0～24 hpa，高值(18～24 hpa)分布在低緯度地區(qū)，低值(12 hpa以下)分布在高緯度地區(qū)，特別是兩極地區(qū)。從典型月份看，1月水汽壓的高值區(qū)范圍最小，低值區(qū)在北半球范圍最大、南半球范圍最小，主要是1月為北半球的冬季、南半球的夏季，北半球大氣水汽含量相對較低、南半球相對較高；7月水汽壓高值區(qū)范圍較大，且主要分布在北半球，較大范圍的低值區(qū)則分布在南半球；4月和10月在南北半球均為過渡性季節(jié)，水汽壓的高值區(qū)和低值區(qū)分布適中?？梢姡?月南半球高緯度地區(qū)水汽壓低值區(qū)范圍較小外，其他3個(gè)典型月份水汽壓低值區(qū)范圍相近，可能與南半球高緯度地區(qū)常年覆蓋海冰、大氣水汽含量較低有關(guān)。由圖8可知，在氣壓300 hpa高度，全球水汽壓總體很低(0～0.28 hpa)，但不同緯度和季節(jié)差異仍很明顯，主要表現(xiàn)為低緯度地區(qū)水汽壓高、高緯度地區(qū)水汽壓低。北半球高緯度地區(qū)1月低水汽壓范圍最大，4月次之;北半球7月水汽壓相對較高，10月次之;而南半球高緯度地區(qū)7月低水汽壓范圍最大，其他3個(gè)典型月份水汽壓分布較一致。

圖8 2016年1月、4月、7月和10月300 hpa氣壓高度的COSMIC水汽壓全球分布Fig.8 Global distribution of COSMIC water vapor pressure at 300 hpa in January,April,July and October 2016

3 結(jié)論

本文評估了不同高度、緯度和季節(jié)COSMIC水汽壓與探空水汽壓的差異，分析了近地層(925 hpa)和對流層頂(300 hpa)COSMIC水汽壓的全球時(shí)空分布特征。結(jié)論如下：1)COSMIC水汽壓與不同高度的無線電探空水汽壓存在良好一致性，其MB、RMSE、MAPE分別為-1.657～-1.088×10-5hpa、0.005～4.189 hpa和24.553%～37.956%。在氣壓高于300 hpa的對流層，COSMIC和探空水汽壓的差異隨高度上升而減小，在對流層頂及以上高度，由于水汽含量低，二者差異可忽略不計(jì)。2)COSMIC與探空水汽壓的差異表現(xiàn)出明顯的緯度變化，在不同高度，二者偏差在低緯度地區(qū)最大，中緯度地區(qū)次之，高緯度地區(qū)最小；COSMIC水汽壓與探空水汽壓的季節(jié)性差異明顯，夏季差異最大，春、秋、冬季差異相對較小。3)在氣壓925 hpa和300 hpa兩個(gè)典型高度，COSMIC水汽壓在低緯度地區(qū)較高，高緯度地區(qū)較低，呈現(xiàn)由低緯向高緯遞減的趨勢；在1月和7月所屬的兩個(gè)典型季節(jié)，南北半球水汽壓高值區(qū)和低值區(qū)在兩個(gè)典型高度都很顯著，4月和10月位于過渡性季節(jié)，水汽壓的高值區(qū)和低值區(qū)變化不明顯。

本文利用探空數(shù)據(jù)開展COSMIC大氣水汽廓線質(zhì)量分析，由于探空氣球?yàn)閮A斜式上升，探測路徑與COSMIC掩星路徑不同，特別是在對流層頂，探空儀的觀測誤差會增大。因此，利用探空數(shù)據(jù)對COSMIC掩星大氣水汽進(jìn)行質(zhì)量分析存在一定誤差。此外，本研究僅選擇探空儀觀測的特征層高度進(jìn)行質(zhì)量分析，由于COSMIC大氣水汽廓線有400層數(shù)據(jù)，故對其驗(yàn)證也有局限性。隨著COSMIC-2衛(wèi)星的成功發(fā)射，有待用其他衛(wèi)星的掩星產(chǎn)品或不同類型的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉檢驗(yàn)，以期得到理想結(jié)果。