AMSR-E卫星反演土壤湿度与ECWMF,NECP再分析土壤湿度比较分析

土壤湿度是气象学、气候学研究领域的重要环境因子和过程参数。AMSR-E可提供全球范围的较长时序的卫星反演土壤湿度产品,将ECWMF和NECP再分析资料与AMSR-E土壤湿度产品进行时空比较,在评价三者一致性的同时对AMSR-E土壤湿度进行检验,并进一步使用站点观测资料(土壤湿度、降水量)对中国区域的AMSR-E、ECWMF以及NECP土壤湿度进行检验。结果表明：全球及中国区域AMSR-E、ECWMF与NECP土壤湿度空间分布特征一致性较好,但与ECWMF、NCEP相比AMSR-E土壤湿度在数值上明显偏小,尤其当AMSR-E土壤湿度数值较小时,与另两者的差距较大;三者土壤湿度均与降水量有较好的对应关系,比较而言,ECWMF和NECP土壤湿度与降水量的对应关系更好;与站点土壤湿度相比,ECWMF和NECP土壤湿度偏大,AMSR-E土壤湿度偏小,全国范围内2009年159个站点统计结果显示:ECWMF、NECP与站点的均方根误差(0.107、0.124)小于AMSR-E的均方根误差(0.127)。     

高光谱大气红外探测器通道选择方法及试验研究

考虑到高光谱大气红外探测器通道之间的相关性、变分同化的时效性等,需要进行通道选择。利用主成分—逐步回归法进行AIRS通道选择研究。由于短波CO2通道易受太阳光影响,分白天和夜晚进行。具体执行过程中,首先进行通道预处理,然后分别对温度和湿度雅可比矩阵进行主成分分析,并采用逐步回归法找出对前几个主成分影响较大的通道得到入选的通道子集。进而根据经验和实际观测资料,为了达到全局最优并兼顾局部,基于分区的思想,采用主成分—双区逐步回归法进行通道选择。结果表明:①利用AIRS进行反演时,合理选择通道是非常必要的;②主成分—双区逐步回归法得到的通道组合进行温度、湿度反演的误差整体比基于信息熵分步迭代小。〖JP〗     

FY-2C卫星大气运动矢量产品的高度指定误差分析

统计分析了2009年FY-2C水汽通道反演的AMVs(大气运动矢量)误差分布特征,结果显示,AMVs反演偏差存在气候带、季节以及垂直分布不均匀的时空特征.根据风随高度变化原理,推断高度指定偏高是主要误差来源.利用NCEP/FNL风场作参考,对AMVs进行高度再指定,进一步验证高度指定偏差是否为AMVs主要误差来源,结果表明,AMVs纬向风的负偏差明显减小,由-9.73 ms-1减小到-1.1 ms-1,误差标准差由10.24 ms-1降低到4.5 ms-1,改善幅度超过50%,经向风的质量也有明显改善,较好地消除了季节性误差,佐证了前述观点.初步建议了一种利用数值预报分析场作为参考将AMVs高度指定到合理高度的方法,也为AMVs产品生产者提供了一个检验算法的思路.     

FY-3B红外分光计亮温观测模拟偏差订正的初步研究

变分同化FY-3B红外分光计(InfraRed Atmospheric Sounder,IRAS)的通道亮温要求亮温观测模拟偏差满足高斯分布。由于卫星数据处理以及数值预报模式等包含的误差不服从高斯分布,因此需要对偏差进行订正。首先对IRAS资料进行云检测等初步质量控制;在统计了IRAS的20个通道亮温之后,发现扫描偏差具有星下点对称性;最后对扫描和气团偏差进行了订正。结果表明,订正后IRAS高层通道1、10以及近地面通道14的偏差绝对值有所增加,水汽通道13和地面通道20的偏差标准差有所增加,其它15个通道亮温观测模拟偏差均值从1.04 K减小到了-0.30 K,相应的标准差从2.28 K减小到了1.99 K。偏差概率分布更具高斯性。     

FY-3气象卫星中分辨率光谱成像仪和扫描辐射计11μm红外窗区通道的比较

在中国新一代气象卫星风云三号搭载的遥感器中,不同遥感器设有相近的通道.针对扫描辐射计(VIRR)第四通道(波段范围10.3~11.3μm)和中分辨率光谱成像仪(MERSI)第五通道(中心波长11.25μm),应用精确的逐线辐射传输模式(LBLRTM)模拟计算了红外波段8~14μm大气顶向外出射的光谱辐射率,大气廓线采用ECMWF再分析产生的具有代表性的全球52条大气廓线数据集.结合上述两个通道的光谱响应函数,计算了卫星接收到的大气顶出射辐射,从理论上分析了两个通道观测亮温之间的关系.应用2008年9月青海湖辐射校正场FY-3实际观测数据,检验了两个通道的关系.比较结果表明:LBLRTM模拟计算得到的MERSI和VIRR两个红外窗区通道的亮温有较好的一致性和线性关系,MERSI稍低于VIRR,偏差随温度的升高而线性增加.实际观测数据受诸多因素的影响,通道对比结果与理论模拟有一定的差异,VIRR观测亮温低于MERSI.结合MODIS的观测数据,分别与两个通道的观测结果进行了对比,确认了VIRR可能较低地估计了温度,MERSI与MODIS的符合程度在温度探测的绝对精度范围之内.该研究结果有助于评价MERSI和VIRR两个红外相似通道观测结果的异同性.     

红外高光谱干涉仪辐射定标误差敏感性因子的仿真分析

鉴于对高精度高时空分辨率大气探测资料日益增长的科研和业务需求,我国正大力发展星载红外高光谱探测系统。星载红外高光谱干涉仪光机结构复杂,仪器状态会显著影响其定标精度。本文通过理论分析和仿真实验,分别讨论了内黑体发射率、低温黑体发射率、内黑体与环境温度差、非线性系数以及直流电压演算等误差敏感性因子影响辐射定标精度的特征。分析表明定标辐射偏差的绝对值与内黑体/低温黑体发射率呈线性关系,且与内黑体与环境温度差、非线性系数、直流电压呈正相关;提高内黑体发射率和低温黑体发射率到0.985以上、控制内黑体与环境温度差在0.6 K左右、控制干涉仪的非线性效应系数低于0.04,这些方案均是实现0.1 K辐射定标精度的必要条件;辐射定标参数对定标辐射的影响特征结合地面真空实验的定标参数估计,可以迭代得到已测得和未知的定标参数的最优估计,从而提高定标精度。本文的研究结果对于红外高光谱干涉仪的参数设计以及辐射定标误差来源的识别和订正有着十分重要的意义。     

FY-3B红外分光计亮温资料的云检测算法研究

结合风云三号B星(FY-3B)载红外分光计(InfraRed Atmospheric Sounder,IRAS)资料的通道特性,分析了云在不同波段的光谱特性。与通道亮温偏差阈值法不同,利用通道多光谱信息以及基于平滑梯度和通道信噪比的方法对FY-3B/IRAS资料进行云检测方法研究,更有效地识别出了有云视场点。对2013年1月9日00时至1月14日00时共5天的IRAS资料数据进行了偏差订正,然后采用以上方法进行了IRAS资料云检测。结果表明,经过云检测后的通道亮温偏差服从高斯分布,满足后期变分同化IRAS通道亮温的要求。     

FY-3D星红外高光谱大气探测仪的在轨光谱精度评估

风云三号D星(FY-3D)于2017年11月15日成功发射,搭载了国内第一颗自主研制的极轨红外高光谱大气探测仪(High-spectral Resolution Infrared Atmospheric Sounder,HIRAS),数据将在数值天气预报、大气温/湿廓线反演、大气成分探测等方面得到广泛应用。为满足高精度的探测能力需求,HIRAS的光谱分辨率达到0.625cm-1,辐射定标精度要求达到1.0K,光谱定标精度要求达到10×10~(-6),均为目前国内星载红外仪器最高精度指标。由于光谱频率的精确性会直接影响辐射精度,红外干涉仪器在数据应用之前必须进行光谱定标精度的精确评估和监测。以晴空视场下的高精度逐线辐射传输模拟光谱作为参考基准,利用互相关法计算光谱频率偏差,对发射后的HIRAS在轨数据的光谱定标精度进行了全面评估和验证研究。HIRAS在长波、中波1和中波2的光谱精度达到3×10~(-6),其中长波和中波1光谱偏差标准差小于2×10~(-6),远优于仪器设计指标要求;长期的光谱精度稳定性显示HIRAS中波1和中波2的光谱定标精度较稳定,在半年时间内频率变化小于5×10~(-6),长波波段在半年的时间内有往负频率偏差变化的趋势,变化量约为7×10~(-6),需要进行持续监测。HIRAS在轨光谱精度可满足后端产品反演和同化用户的使用需求。