星载雷达降水反演算法敏感性分析

以全球降水测量卫星(GPM)Ku PR的实测资料作为代理数据,评估了风云三号G星降水测量雷达(FY-3G PMR)原型算法的精度。在此基础上,对降水率和质量加权平均直径(R-D_(m))初始关系、降水相态以及不均匀波束充塞效应(NUBF)订正因子(param NUBF)进行了降水反演的敏感性分析。首先对调层云和对流云的R-D_(m)初始关系,比较初值调整前后滴谱廓线、雷达反射率因子廓线及降水率廓线的变化;其次设计敏感性试验,分析相态的误判对降水反演精度的影响;最后通过设置不同的param NUBF,评估param NUBF对降水反演的敏感性。结果表明,FY-3G PMR原型算法反演的降水结构及强弱分布和GPM Ku PR具有很好的一致性,反演的相对误差小于10%,相关系数大于0.95。敏感性分析显示雷达反射率因子廓线和降水率廓线的反演对R-D_(m)初始关系不敏感,但滴谱廓线的反演对R-D_(m)初始关系比较敏感。0℃亮带层相态误判尤其是混合相态和固态以及混合相态和液态的误判,影响0℃层附近的空中降水反演,但对地面降水反演影响不大。param NUBF作为高敏感性因子,与真值的差异越大降水率廓线反演的误差越大。开展星载雷达降水反演算法的敏感性分析不仅可以加深对降水反演理论和算法的认识,提高降水反演精度,还可以为FY-3G PMR即将开展的外场试验提供设计思路。

风云三号微波温度计长序列再定标历史数据集质量评估

以METOP-A、Suomi-NPP历史资料作为参照,系统分析比较了2008—2020年4颗风云三号卫星的微波温度计(Microwave Temperature Sounder, MWTS)再定标历史资料质量。结果表明,4颗卫星的MWTS探测性能稳步上升,再定标数据集有效消除了遥感仪器在轨期间数据异常跳变、寿命期内遥感仪器辐射响应衰变、不同卫星间的辐射定标差异等因素影响,大幅提升了MWTS历史数据集的准确性和均匀性,使得再定标后的对流层和平流层通道数据与国外同类型仪器数据偏差在±0.1 K范围内。本文还重点分析比较了对流层中高层和平流层低层两个探测通道,结果表明FY-3D MWTS再定标数据和美国NOAA卫星应用研究中心STAR长序列数据集针对中高层大气的表现类似,平均亮温在时间变化和空间分布具有相似的特征,月均全球高空亮温年变化趋势差异最大为0.002 4。因此,2020年之后的FY-3D再定标数据,可以接续STAR长序列数据集,用于中高层大气的温度变化检测与分析。

FY-3G降水测量雷达海洋定标精度检验与评估

2023年4月发射的风云三号气象卫星G星(FY-3G)是我国首颗专用降水测量卫星,双频降水测量雷达(precipitation measurement radar,PMR)是该颗卫星上最核心的仪器。基于2023年7月数据,利用海洋定标理论模型,模拟海洋表面后向散射截面,与观测海洋表面后向散射截面进行比对,实现对PMR定标精度的初步评估。通过与国外星载双频降水测量雷达(global precipitation measurement,dual-frequency precipitation radar,GPM DPR)海洋定标检验结果比对,评估FY-3G PMR定标的准确性。海洋定标精度检验结果表明:FY-3G PMR Ku波段在入射角小于15°时观测值与模型模拟值的偏差较小,此时FY-3G PMR的偏差为1.65~2.73 dB,偏差标准差为0.74~1.82 dB。FY-3G PMR Ka波段在18°入射角时偏差小于0.27 dB,偏差的标准差为3.49 dB。FY-3G PMR与GPM DPR的定标偏差存在较为固定的偏差,差异主要源自于数据本身的后向散射统计特性,各入射角下FY-3G PMR Ku与Ka波段海洋表面后向散射数据稳定性与GPM DPR相当。

星载降水测量雷达反射率因子宽幅计算调度策略及应用

我国首颗降水测量卫星于2023年4月成功发射,联合使用主被动微波仪器双频降水测量雷达和微波成像仪开展高精度降水探测。针对降水测量雷达幅宽覆盖有限的现状,利用同平台微波成像仪资料,采用深度学习模型研发了宽幅雷达反射率因子产品,实现了降水测量雷达现有幅宽的2.67倍覆盖,显著增大了降水测量雷达的观测范围。以2023年台风“泰利”和华北极端短时强降水为例对业务生成的宽幅结果进行应用潜力分析,结果显示,宽幅雷达反射率因子的计算结果与地基雷达反射率因子的结果较为一致,在实际业务中具有较强的参考性。在地面系统业务调度中,为了支撑持续不断的宽幅雷达反射率因子数据的高时效计算,设计了宽幅雷达反射率因子业务流程,综合考虑业务实施的资源消耗、时效性及可靠性等,提出数据驱动的最佳业务调度策略,可以有效地减少运行时间,提高业务产品生成与服务的时效性。

风云三号A星微波湿度计主探测通道辐射特性

微波湿度计装载在2008年5月27日发射升空的我国新一代极轨气象卫星风云三号A星上,完成全天候大气湿度信息的被动微波遥感探测。主探测通道中心频点位于183.31 GHz,设置有3个双边带探测通道。为保证风云三号微波湿度计在轨定量应用,研制过程中完成了地面真空试验。该文对风云三号A星微波湿度计正样产品真空试验数据进行了定量分析,数据分析结果表明:风云三号A星微波湿度计正样产品主探测频点183.31 GHz附近的3个探测通道等效噪声温差小于等于0.91 K;定标准确度优于1.05 K;真空试验过程中微波湿度计辐射定标结果稳定。风云三号A星微波湿度计发射前辐射定标特性分析结果,为仪器在轨定量应用奠定了基础。

FY-3A／MWHS在轨辐射定标及结果分析

风云三号A星微波湿度计(FY-3A/MWHS)是我国首次在轨定量遥感大气参数的高频微波辐射计,本文以发射前地面真空试验数据为基础完成了FY-3A/MWHS在轨辐射定标,利用同期在轨的同类载荷NOAA/AMSU-B数据进行在轨辐射定标对比分析,结果表明FY-3A/MWHS在轨星上定标观测基础数据在卫星绕地飞行一圈的观测过程中变化合理,经非线性偏差订正和天线订正等辐射定标处理后,FY-3A/MWHS与NOAA-17/AMSU-B对应通道定标结果相比匹配目标点通道亮温差最大不超过1.5 K,FY-3A/MWHS在轨辐射定标结果为其资料在数值天气预报模式中的同化以及大气参数反演等定量应用奠定了基础。FY-3A/MWHS定标及结果分析方法对我国未来星载被动微波探测器的在轨定量应用具有示范意义。

TMI被动微波遥感资料用于地表洪涝特征分析试验

星载被动微波遥感资料为云天条件下地表洪涝特征分析提供了可能。微波极化比 (PR)可以有效刻画地表洪涝特征 ,宏观反映地表湿度信息。正演模拟分析结果表明地表粗糙度、地表植被覆盖状况和地表湿度对上行微波亮温有影响 ;TRMM/TMI低频微波通道微波极化比能减弱大气因素的影响 ,清晰反映地表的洪涝特征。合理确定分类阈值 ,对 1 998年长江流域洪涝区进行地表洪涝特征分析 ,可以在TMI像元尺度 ,将洪涝区分类为不同等级。洪涝区分类结果与经过天 -地校验过的机载和星载SAR资料地表洪涝分类实况对比 ,TRMM/TMI低频微波通道微波极化比 1 0GHz的PR1 0和 1 9GHz的PR1 9的分类正确率不低于 75 %。

先进微波探测器资料反演地表微波辐射率试验

利用美国环境卫星A型先进微波探测器AMSU A资料反演中国陆地区域地表微波辐射率。通过辐射传输正演模拟 ,提出了AMSU A窗区通道反演地表微波辐射率的指数分析方法。利用模拟数据对比了指数分析方法和以往通道亮温组合方法。结果表明 :对于地表比较干燥的地区 ,指数分析的反演结果略优于通道亮温组合的反演结果。在此基础上利用IGBP(InternationalGeosphere BiosphereProgram)的地表分类数据 ,提取AMSU A像元裸土组分的面积百分比信息 ,并进一步应用于AMSU A像元裸土组分地表微波辐射率的反演试验 ,提高了反演精度 ,并可进一步应用于区域地表湿度信息提取和大气参数反演 ,以及AMSU

用星载先进微波探测器(AMSU)资料开展区域地表洪涝分类监测

以微波辐射传输模式为基础 ,正演模拟分析星载先进微波探测器 (AMSU)窗区通道微波亮温对地表洪涝信息的敏感性 ,结果表明中心频点分别为 31 .4、5 0 .3和 89.0GHz的AMSU窗区通道 2、3和 1 5的微波亮温对地表洪涝特征敏感 ;以正演模拟计算结果为基础 ,选择对地表洪涝特征敏感的AMSU窗区通道为因子 ,组合形成AMSU洪涝指数AFI(AM SUFloodingIndex) ,进行地表洪涝区分类研究 ;地表洪涝分类结果与经机 地校验过的机载合成孔径雷达L SAR资料分析结果进行对比分析 ,分类正确率可达 73%。短时监测试验结果表明 ,应用美国第 5代极轨业务环境卫星上装载的先进微波探测器 (AMSU)微波资料可以在准全天候条件下 ,实现区域地表洪涝区分类实时监测 。

FY-3A/MWHS冷空测值受月球影响分析及修正

为解决月球对风云三号卫星微波湿度计在轨实时辐射定标的影响问题,该文根据风云三号卫星微波湿度计在轨实时观测数据分析,通过多项式拟合分析技术,建立修正模型,消除月球影响,得到合理的辐射定标结果。风云三号卫星微波湿度计在轨实测数据分析表明：月球对风云三号卫星微波湿度计在轨辐射定标结果影响最严重时一天内可干扰4~5条轨道,每条轨道有近100个扫描周期受到污染。月球影响致使冷空定标观测数据跳升1000个计数值,如果不进行污染滤除会造成对地观测亮温下降约20 K,导致辐射资料无法同化进入数值天气预报模式。通过与同类载荷的交叉比对分析,修正月球影响后,风云三号卫星微波湿度计在轨实时辐射定标结果精度与在轨测试结果相当。

SSM/I资料反演大范围地表湿度试验

利用SSM/I遥感数据 ,结合 2 0 0 2年汛期“973”外场观测资料及T1 0 6资料 ,借助微波辐射传输正演模型 ,通过物理反演原理提取SSM/I低频 1 9GHz通道像元平均地表微波比辐射率 ,然后利用地表微波辐射模型 ,估算SSM/I像元的地表湿度信息。以 2 0 0 2年 8月中旬发生在长江流域的暴雨天气过程为例 ,将反演得到的地表湿度信息与地面观测到的降水信息进行对比分析 ,并与地面的洪涝特征进行对比分析 。

中国首颗降水测量卫星(风云三号G星)的探测能力概述与展望

2023年4月16日09时36分(北京时)中国首颗降水测量卫星—风云三号G星(FY-3G)成功发射,本文在介绍风云三号降水星技术特征的基础上,着重分析FY-3G降水探测能力及在暴雨监测中的应用前景。结果表明:卫星轨道高度407 km、倾角50°,装载了Ka/Ku双频降水测量雷达、微波和光学成像仪的FY-3G卫星,可对影响中国大部分地区的台风、暴雨、强对流等灾害性天气系统三维结构进行探测。FY-3G在设计层面上,降水探测能力与目前美国第二代全球降水测量计划(GPM)核心星(GPMCO)相当,在载荷类型、数量、通道设置等方面优于GPMCO卫星。FY-3G业务运行后将与风云三号上午、下午和黎明星等其他极轨气象卫星以及风云高轨静止卫星组成风云降水探测星座体系,提升风云卫星星座的降水总体探测能力,为气象防灾减灾提供更强的基础支撑。

利用TRMM/TMI资料提取地表层湿度信息试验

模拟分析了地表层湿度反演过程中地表及大气各种因素(卫星扫描角、地表粗糙度、地表植被覆盖和大气)对反演结果的影响情况;应用正演模拟技术得到了利用TMI低频10GHz通道微波极化比反演地表层湿度信息时,斜率和截距随像元植被覆盖度可调的反演方程;确定了反演方程中斜率、截距系数随像元植被覆盖度变化的对数关系和线性关系;反演技术中综合应用了多种途径获取到的被动微波像元中动态的植被覆盖信息;尝试了将这些因子用于地表层湿度反演的可行性;对于反演结果,研究工作中利用地表HUBEX外场观测资料进行了对比分析,得到了空间分布特征和时间演变趋势比较一致的对比分析结果。

FY-2A与GMS-5红外通道遥感数据的辐射定标

该文通过辐射传输模拟计算和匹配数据统计分析实现了 FY- 2 A和 GMS- 5红外通道间的辐射定标 .以辐射定标为基础将 FY- 2 A红外通道和 GMS- 5红外 A通道的遥感资料融合应用 ,可以得到时间分辨率更高、空间视野更为广阔的静止卫星遥感资料 .

FY-3气象卫星降水探测能力分析与展望

降水是全球能量/水循环中的重要过程。本文着重分析FY-3气象卫星降水探测能力,展望风云卫星后续规划中降水探测技术的发展前景。分析表明,以FY-3降水星为主星,与其他FY-3极轨卫星组成的FY-3气象卫星降水探测体系,在设计层面上,从载荷类型、数量、通道设置等方面均优于由美国发起并已在轨运行的全球降水测量(Global Precipitation Measurement,GPM)计划核心星的设计性能。FY-3降水星设计装载Ka/Ku双频降水测量雷达,卫星轨道设计覆盖南北纬50°范围内的中低纬地区,对影响我国区域的台风暴雨等强对流天气系统结构具有三维探测能力。FY-3气象卫星星座的降水探测能力为气象防灾减灾提供了基础支撑。

FY-1C CAVHRR归一化植被指数(NDVI)衰减订正方法研究

利用FY 1C连续 3年的CAVHRR资料 ,以敦煌辐射校正场为分析区 ,分析了CAVHRR可见光、近红外通道的通道衰减特征 ,开展了归一化植被指数 (NDVI)衰减订正方法研究及衰减订正试验。分析结果表明 ,FY 1C可见光通道 1的衰减使FY 1C全球及区域NDVI的分布特征出现不合理。以敦煌辐射校正场为参考目标 ,借助敦煌目标区通道反射率长时间变化特征分析 ,可以建立NDVI的时变订正模型 ,有效订正通道衰减引起的NDVI的不合理性。利用敦煌NDVI值稳定不变的特性得到的FY 1C扫描辐射计通道 1更新定标系数 ,与2 0 0 0年 9月中国辐射校正场外定标试验结果一致。研究结果有助于提高FY 1C可见光。

FY-2和GMS-5红外通道遥感图像质量的功率谱分析

根据遥感图像功率谱的性质，对比分析了ＦＹ－２和ＧＭＳ－５扫描辐射计红外通道的图像质量．计算结果表明，ＦＹ－２红外通道遥感图像功率谱各分量之和不高于ＧＭＳ－５红外Ａ通道遥感图像的功率谱各分量之和．数值模拟试验的结果表明。

风云三号C星微波大气探测载荷性能分析

风云三号C星是我国第二代极轨气象卫星的首发业务星,星上装载了3个被动微波遥感载荷(微波成像仪、微波温度计Ⅱ型和微波湿温探测仪),其中微波成像仪完全延续了风云三号A/B星的设计,两个微波大气探测载荷微波温度计Ⅱ型和微波湿温探测仪是在风云三号A/B星微波温度计和微波湿度计成功在轨运行和应用的基础上,根据应用需求在功能和性能两个方面从设计层面实现了大幅提升。本文重点介绍风云三号C星微波温度计Ⅱ型和微波湿温探测仪的功能、性能和设计指标,综述风云三号C星星载微波大气探测能力。风云三号C星星载微波大气探测系统,通过通道细分、探测频点增加和空间采样技术优化,突破了我国星载微波探测载荷技术瓶颈,提升了大气温湿度廓线的综合探测能力。

应用先进微波探测器AMSU资料遥感反演春季陆地表层湿度

利用先进微波探测器 (AMSU)正演快速微波辐射传输模型 ,完成了AMSU窗区通道亮温与地表温湿特征的相关性分析 ,根据模拟计算结果改进了现有业务上反演地表微波辐射率的统计分析方法 ,得到适用于我国非冻土积雪覆盖地区地表微波辐射率反演的指数分析模型 ;进一步通过地表微波辐射传输模型迭代反演得到土壤体积含水量信息。2 0 0 1年相互匹配的AMSU资料和地面农业气象观测站地表相对湿度观测结果的对比分析表明二者间具有一定的相关性。利用 2 0 0 2年 3月和 2 0 0 3年 3月的AMSU资料 ,反演了我国陆地区域地表湿度 ;连续两年春季地表湿度反演结果的对比分析表明 ,与 2 0 0 2年春季相比 ,2 0 0 3年我国北方沙尘暴发生源区地表湿度反演值普遍偏高 ,潮湿的下垫面特征与沙尘暴发生频次的减少之间有一定的对应关系。试验结果表明 ,利用AMSU遥感资料可以获取大范围陆地表层湿度信息 ,进行区域尺度陆地表层湿度特征的动态分析 ,为我国沙尘暴监测分析提供陆地表层湿度基础信息。

FY-1C可见光通道衰减分析及订正试验

利用FY 1C连续两年的遥感资料 ,以敦煌辐射校正场为分析区 ,系统分析了FY 1C可见光、近红外通道的衰减特征 ,开展了通道衰减订正试验。分析结果表明 ,FY 1C除可见光通道 1衰减强烈外 ,其它各可见光、近红外通道衰减性能稳定。利用统计分析法 ,可以建立定标系数衰减订正量随时间的变化关系。订正后的定标系数与 2 0 0 0年辐射校正场外定标实验结果一致性很好。更新后的定标系数可以有效克服通道衰减带来的通道反射率测值误差 ,提高FY 1C可见光、近红外通道遥感资料定量应用的精度。