基于FY-3B微波成像仪的海面风速反演

风云三号B星微波成像仪的10.65、18.7、23.8和36.5 GHz频点对海表面粗糙度和介电特性比较敏感,能够用于海面地球物理参数的反演。为获得一种适用于全球大部分海域的海面风速反演算法,利用快速辐射传输模式和再分析大气廓线库模拟微波成像仪海面微波辐射特性,在此基础上建立了半经验反演算式,并利用浮标现场测量数据及WindSat全极化辐射计风速产品对半经验算法和经验算法分别进行了验证和对比。另外,通过分析风向对风速反演的影响,借助AT BV-TBH模型,尝试利用查找表算法对风向造成的晴空区域风速反演偏差进行初步校正。校正风向误差后,反演风速与浮标风速的均方根误差为0.9775 m/s。     

FY-3A卫星资料在雾监测中的应用研究

雾是一种灾害性天气现象,严重影响交通运输等人类活动,因此雾的监测具有十分重要的意义。云、雾与下垫面在可见光、中红外和热红外波段的反射及辐射特性存在差异,这为利用卫星遥感手段监测大雾天气提供了重要依据。依据FY-3A卫星的VIRR数据,利用多波段阈值法对2010年4月5日我国东部沿海地区日间雾进行了遥感监测,并估算了雾的垂直厚度、光学厚度以及能见度等特征参数。实验结果表明,利用FY-3A卫星资料监测雾具有可行性,适于在雾的监测预报业务中推广应用。     

基于FY-3C MWHTS的台风降水反演算法研究

为估测台风带来的地表瞬时降雨率，利用FY-3C上搭载的微波湿温探测仪（Microwave Humidity and Temperature Sounder，MWHTS)的L1级在轨观测亮度温度数据与多卫星降水分析TMPA（Tropical Rainfall Measuring Mission（TRMM）Multi-Satellite Precipitation Analysis）3B42降水产品数据，通过多元线性回归和BP神经网络两种算法对台风区的降水情况进行了反演研究。结果表明，由这两种算法反演的降水分布图可以清晰地看到台风中心、云墙以及螺旋雨带等台风的位置、分布及结构信息，这与TMPA 3B42降水产品数据估测到的台风降水分布图相一致。此外，从定量的角度来看，TMPA 3B42降水数据与这两种反演算法反演的地表瞬时降水量（mm/hr）都具有较高的相关性和较小的偏差和均方根误差，反演的精度较高。故这两种算法都可以用来反演台风区的降水量，同时也表明FY-3C MWHTS微波在轨观测资料在台风区监测及降水研究中能发挥出较高的应用价值。     

复杂地表地表温度反演研究进展

地表温度是陆表过程研究的关键参数,卫星反演地表温度是获取区域及全球尺度辐射平衡、能量收支研究中地表温度参数的有效手段.目前,在平坦地表覆盖均一区域,基于热红外和微波遥感反演的地表温度已经被验证具有较好精度,尤其热红外遥感地表温度产品精度可达1 K以内.但是针对复杂地表的温度反演研究仍面临较大挑战.系统总结了复杂地形区地...     

热红外遥感地表温度反演研究现状与发展趋势

从Planck函数和热红外辐射传输方程出发,概述了热红外遥感反演地表温度的基本原理,总结了当前反演地表温度常用到的热红外遥感器及相应波段。将热红外遥感地表温度反演算法分为单通道、劈窗和多通道3大类,分析了每一类中较具代表性算法的原理、适用条件及精确度。从热红外遥感机理、发射率、环境辐射、混合像元、大气影响等方面概述了热红外遥感反演地表温度面临的主要问题,并对热红外遥感地表温度反演的发展趋势进行了展望。     

基于被动微波的地表温度反演研究综述

热红外遥感反演地表温度已取得丰硕的成果,某些反演算法精度可达到1 K以内。然而在非晴空条件下,热红外遥感的应用受到很大限制,甚至无能为力。而被动微波遥感受大气干扰小,可穿透云层获取地表辐射信息,具有全天候、多极化及高时间分辨率等特点,在地表温度反演中具有独特的优越性。被动微波反演地表温度已经成为被动微波遥感技术应用研究的主要问题之一。系统阐述了微波热辐射机理、地表温度反演模型、反演算法及应用现状,分析了目前被动微波地表温度反演研究中存在的主要问题与技术难点,为后续相关研究提供参考。     

风云三号微波成像仪积雪参数反演算法初步研究

选择新疆地区作为实验区,为风云三号(FY-3)微波成像仪(MWRI)发展中国区域的积雪参数半经验反演算法。使用2003年4个月的新疆地区的台站观测资料和AMSR-E 18.7 GHz,36.5GHz和89 GHz水平和垂直极化亮温作为FY-3 MWRI的模拟数据,在Chang建立的半经验模型的基础上,采用多元线性回归分析,建立一个新算法。用已有方法去除水体、降雨、湿雪、冻土的像元后,用新算法反演了新疆地区的2004年1月的积雪参数,并分别与AMSR-E雪水当量产品和台站观测值进行比较,结果表明新算法在新疆地区优于AMSR-E的反演算法。     

青藏高原地区被动微波遥感反演地表温度算法验证

近年来,青藏高原地区的水热平衡成为关注的焦点,而地表温度是陆表过程模型的重要输入参数之一。被动微波遥感在地表温度反演上已经取得了一些进展。本文重点用被动微波数据反演地表温度算法对青藏高原地区的数据做不同下垫面的地面验证和分析,包括Mao(2005)、Richard(2003)、Zhao(2011)3种算法。研究表明:Richard(2003)的单通道算法能够适应低矮植被地区,反演精度高;Zhao(2011)算法在裸土地区的反演精度更高;而Mao(2005)算法出现了低估的情况。研究发现3种算法的绝对误差随不同时间降雨的变化呈现相同的波动趋势,即反演精度受到降雨的影响,降雨量增大,温度反演误差变大;降雨之后,随着地表逐渐干燥,土壤水分逐渐减小,误差随之减小。     

MODIS数据地表温度反演劈窗算法比较

针对MODIS数据,分析比较了QIN和Wan-Dozier两种劈窗算法地表温度(LST)反演精度和误差分布。首先利用辐射传输模型MODTRAN4.0,结合TIGR大气廓线数据,评价两种算法绝对精度,然后基于误差传递理论分析评价二者的总精度,最后对两种算法的LST反演结果进行比较。研究表明针对所有廓线数据,两种算法绝对精度相差不大,但Wan-Dozier算法绝对精度受地表温度和水汽含量变化的影响程度要大于QIN算法;两种算法总精度相差不大,且主要误差源均为算法绝对精度和地表比辐射率精度,QIN算法反演结果对地表比辐射率的敏感性要略高于Wan-Dozier算法;两种算法得到研究区LST分布情况基本一致,均可表现空间LST分布差异,其中水体和裸土的LST反演结果差异较大,城镇和植被平均温度差异在0.5 K以内。     

FY-3B微波成像仪图像质量评价

2010年11月5日发射升空的我国新一代极轨气象卫星FY-3B (“风云三号”B星)携带的微波成像仪,可以全天候获取来自地球表面和大气的电磁辐射信息。针对在轨测试期间微波成像仪1.7 s和1.8 s两种扫描周期,详细比较了二者图像质量的差异。在图像质量评价研究中,使用统计方法比较了图像的动态范围;通过功率谱计算,对比了图像的空间纹理特征;通过信息熵计算,分析了图像信息量的不同;此外,还研究了图像的对比度以及通道间配准的情况。结果表明:1.7 s图像的空间纹理结构、高频图像的对比度以及通道间配准明显优于1.8 s,表明1.7 s扫描周期下的图像质量优于1.8 s,该结论可以作为微波成像仪仪器指标设计的参考。     

基于风云三号卫星微波成像仪观测的全球海气界面潜热通量遥感

海气界面潜热通量是衡量海气间能量和水汽交换的重要指标。热通量卫星遥感产品具有覆盖面广、时效性高的优势,但也存在观测非同步、潜热通量精度较低的问题。由于近表面空气比湿度是潜热通量卫星遥感的重要误差源,基于风云三号卫星微波成像仪观测数据,研究对空气比湿度反演算法进行了改进,改进后的算法与现场实测数据相比,反演精度有明显的提高。针对极轨气象卫星过境时间相对固定的问题,使用现场观测数据分析了潜热通量日内变化过程并建立了日均潜热通量估算模型,利用风云三号微波成像仪数据,通过块体法计算了全球海洋潜热通量。与现场实测数据相比,其偏差、均方根误差和相关系数分别为3.50 W/m²、32.96 W/m²和0.79。     

风云三号传感器红外通道海表比辐射率模拟

海表比辐射率（SSE）是从卫星被动遥感数据反演海表温度（SST）的关键参数之一,本文讲述了利用Wu andSmith（1997）发展的SSE模型,对搭载在风云三号（FY-3A）上的红外大气探空仪（IRAS）第8（12.47μm）、9（11.11μm）、19（3.98μm）和20（3.76μm）波段,中分辨率光谱成像仪（MERSI）第5波段（11.54μm）,可见光红外扫描辐射计（VIRR）第3（3.65μm）、4（11.00μm）和5（12.13μm）波段的SSE进行模拟计算。模拟结果表明,SSE是观测角度、波长和海表粗糙度（海面风速）的函数。模拟值与IRAS、MERSI和VIRR红外通道波谱响应函数进行卷积计算得到波段SSE。在观测角度小于60°时,波段SSE对海面风速不敏感,使用风速为8m/s的SSE替代其他风速条件下的SSE所引起的误差小于0.5%。另外,使用波段SSE计算卫星观测值所导致的误差不超过0.05K,可以忽略不计。波段SSE随观测角度变化的规律可以用高斯函数进行描述,拟合误差小于0.02%,相关系数为1.000。本文的模拟结果可以用于SST的精确反演。     

用FY-3A MERSI进行青岛海域浒苔监测

在2008奥运会举办前期(2008年6月25日～7月15日),基于NDVI植被指数方法对青岛及其临近海域发生的超大规模浒苔灾害,利用FY-3A MERSI 250m数据进行了监测跟踪与分析,结果显示:监测初期,浒苔在大范围海域广泛分布(面积约为527.68km2),特别是奥帆赛区附近有大密集度浒苔聚集;监测末期,奥帆赛区和其他近岸水域基本没有发现浒苔,表明近岸浒苔得到有效控制。卫星数据回溯表明,此次浒苔灾害最早于5月初在黄海中部少量出现,5月底在黄海中部形成大面积覆盖,受风力和海流影响,逐步向青岛飘移并堆积。浒苔极强的环境适应力和繁殖力,以及由于海温升高和近海"春季环流"形成的适宜条件,是浒苔大面积发生的重要原因;南方强降雨可能造成了广泛分布于江苏、浙江、福建等海域的浒苔的异地漂移,成为如此大规模浒苔的来源之一。     

FY-3A气象卫星VIRR云检测产品与IRAS的匹配

通过查找表方法进行FY-3A气象卫星可见光红外扫描辐射计(Visible and InfraRed Radiometer, VIRR)云检测产品与红外分光计(Infrared Atmospheric Sounder, IRAS)之间的匹配实验,使VIRR云检测产品与IRAS具有一致的空间分辨率,为IRAS大气温湿度廓线的反演提供可靠的云检测信息。实验中分别采用模拟的VIRR云检测结果与IRAS数据进行匹配,并将匹配结果与原始云检测信息进行对比分析,验证查找表方法进行两者之间匹配处理的可行性。     

基于FY-3A/VIRR数据的雪盖信息提取软件设计与实现

目前基于FY-3A/VIRR资料的处理研究较少且VIRR数据量庞大,一些商用遥感图像处理软件很难直接完成对图像的预处理工作,这样对后续的定量化反演以及对FY-3A/VIRR的推广使用带来了困难。为了解决业务化问题,运用改进的归一化积雪指数(NDSI)、综合阈值判别算法和IDL、VB混合编程技术相结合的方法设计了积雪信息批量提取软件,实现了针对FY-3A/VIRR数据的单幅图像或多幅图像的积雪信息提取以及精度验证。实验表明,该软件处理速度快、实时性好、可批量提取积雪信息,大大节省了人力资源,同时提高了VIRR数据的分发和共享能力,可以在今后的工业生产和自动化领域推广使用。     

同化FY-3C/MWHTS观测资料反演的海面气压场对台风数值预报的影响

由中国风云三号C星（FY-3C）搭载的微波温湿探测仪（MWHTS）的亮温观测资料能够实时反演得到高分辨率、高精度的海面气压场。基于三维变分同化方法将FY-3C/MWHTS观测资料反演的海面气压场同化进入中尺度天气研究与预报（Weather Research and Forecasting, WRF）模式,以台风“Maria”和“Noru”为例,通过控制实验和同化试验的对比分析,探讨了同化反演的海面气压场对台风数值预报的影响。初始化敏感性试验结果表明,同化海面气压场使初始时刻台风中心气压与位置更接近实况,并且调整了台风初始温度场和风场的结构和分布。台风的数值预报结果表明:同化反演的海面气压场能够改进台风的路径和强度预报精度。     

Influence of Assimilating the Sea Surface Pressure Fields Retrieved from FY-3C/MWHTS Data on Typhoon Forecasting

Using measurements with the Microwave Temperature and Humidity Sounder (MWHTS) onboard the Chinese Fengyun-3C satellite, real-time and high resolution sea surface pressure information can be retrived. Based on the three-dimensional variational assimilation (3DVAR) method, the retrieved sea pressure fields from FY-3C/MWHTS observations are assimilated into the Weather Research and Forecasting (WRF) model. The influence of the retrieved pressure fields on typhoon forecasting is discussed through the comparison between control experiment and assimilation experiment. Sensitivity experiments of typhoon Maria and Noru show that the assimilation of sea surface pressure fields makes the central pressure and central location closer to the actual value, and adjusts the structure and distribution of initial temperature fields and wind fields. The numerical prediction results show that the assimilation of the sea surface pressure fields can improve the accuracy of typhoon track and intensity prediction.