FY-3C/VIRR海表温度产品及质量检验

国家卫星气象中心FY-3C/VIRR(visibleandinfraredradiometer,可见光红外扫描辐射计)海表温度产品在云检测产品的基础上,采用多通道MCSST(multichannelSST)算法进行晴空区海温反演。该文详细介绍了海表温度产品算法、产品设计、质量控制及质量检验方法。FY-3C/VIRR海表温度产品包括5min段原始投影海温和5km全球等经纬度投影海温。设计逐像元的海温质量标识,将海温像元分为优、良、差3个等级,用户可根据应用目标选择海温的质量等级。与日最优插值海温OISST(optimuminterpolationSST)相比,FY-3C/VIRR2015年1月—2019年12月的5 min段海温质量检验结果表明:质量等级为优的海温,白天和夜间的偏差分别为-0.18℃和-0.06℃,均方根误差分别为0.85℃和0.8℃;白天海温均方根误差有季节性波动,夏季有的月份均方根误差大于1℃(如2015年7月、2016年7月和2019年7月);在海温回归系数不变的条件下,夜间海温偏差的季节性波动与星上黑体温度相关显著。从一级数据质量、定位、业务运行状况等方面讨论引起海表温度产品异常的原因,为FY-3C/VIRR历史数据定位、定标和产品重处理及用户应用提供重要的参考信息。

FY-3C/可见光红外扫描辐射计中红外通道太阳污染的识别和修正

基于风云-3C/可见光红外扫描辐射计（FY-3/CVIRR）的中红外通道（3.7μm）的太阳污染现象和发生规律,分析了太阳污染出现的时空特征,提出了初步判识并修正北半球太阳污染数据的方法,并就太阳污染对定标系数和黑体亮温的影响做了定量的评估。结果表明,对于FY-3C/VIRR的中红外通道,太阳光线照射到定标黑体时所形成的北半球高纬度太阳污染主要出现在太阳天顶角在85°~118°之间的位置时;由太阳污染导致的该区域地球观测亮温日平均偏差为4.5K左右,最大偏差达到15K左右。通过对逐日太阳污染数据进行识别,并采用污染前后定标系数进行线性求差值,可以初步修正太阳污染对定标系数带来的异常影响。

FY-3C微波湿温探测仪辐射测量特性

2013年9月发射的FY-3C是我国第2代极轨气象卫星的第3颗星,其上装载的微波湿温探测仪在118 GHz氧气吸收线和183 GHz水汽吸收线设计了两组大气探测通道,在大气窗区设置了89 GHz和150 GHz探测通道。为保证微波湿温探测仪在轨定量应用,卫星发射前完成了地面热真空试验。该文介绍了热真空定标试验原理,并对FY-3C微波湿温探测仪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:FY-3C微波湿温探测仪正样产品15个探测通道的灵敏度均满足设计指标要求,各通道观测亮温间相对独立,定标准确度优于1.6 K,真空试验过程中微波湿温探测仪定标结果稳定。FY-3C微波湿温探测仪发射前热真空定标特性分析结果为仪器在轨定量应用奠定了基础。

基于多种亮度稳定目标的FY-3C/中分辨率光谱成像仪的反射太阳波段辐射定标

分析研究了风云-3C中分辨率光谱成像仪（FY-3C/MERSI）发射一年以来反射太阳波段的辐射定标精度,利用位于全球范围内的沙漠、盐湖等12种亮度稳定目标,结合中分辨率成像光谱仪（MODIS）的地表和大气参数产品和大气辐射传输模型,计算出了卫星过境时刻入瞳处的波段反射率,并将其作为在轨绝对辐射定标精度检验的参考真值,对2014年1月~10月期间,FY-3C/MERSI反射太阳波段的辐射定标精度进行了验证分析。结果表明,FY-3C/MERSI大部分波段在高低端的定标精度大小不一致。有些波段明显呈现高端定标偏差大,低端定标偏差小的特点;有些波段呈现高、低端定标偏差大,中间低的特点。在仪器发射一年以来,波段1~4,9~11,15~16和波段19仍能保持5%的定标精度。各波段定标精度的时间变化表明：在整个研究时期内,除蓝光波段和水汽吸收波段,其他波段的定标精度变化幅度基本在5%以内。实验结果显示：使用沙漠及盐湖等多种亮度稳定目标,有效地掌握了更宽动态范围内FY-3C/MERSI的辐射定标精度情况。

FY-3C微波成像仪海上大气可降水产品质量检验

中国自主研制的第二代极轨气象卫星的首颗业务星风云三号C星(FY-3C)于2013年9月23日发射升空。微波成像仪(MWRI)作为FY-3C上携带的重要微波载荷之一,能够实现对大气、海洋和陆地的全天时监测。其中,MWRI海上大气可降水量(TPW)产品在数值预报模式以及气候变化研究中具有很重要的应用价值,但是应用效果的好坏往往受产品精度的制约。使用长达4年的卫星观测资料,通过MWRI TPW业务产品和无线电探空及专用传感器微波成像仪(SSMIS)TPW业务产品的比较,对MWRI TPW产品(包括轨道产品、日产品和月产品)的质量进行检验。结果表明,轨道产品和地面实际观测的探空数据的平均相对误差在7%左右,均方根误差为2.6 mm;日产品和SSMIS日产品的均方根误差约为3 mm,和探空日产品的均方根误差小于2.1 mm;月产品和SSMIS月产品的均方根误差小于1.3mm。表明FY-3C MWRI TPW业务产品长期以来一直稳定运行且精度较高,具备实际应用潜力。

FY-3C微波温度计在轨辐射非线性定标新方法

结合FY-3C微波温度计地面真空试验数据呈现出的高次特性,理论分析按照马克劳林展开的二极管方程呈现的高次项,分析FY-3C微波温度计在轨辐射非线性特性,设计了两点线性定标修正+三次方程非线性建模订正方法,对温度计的非线性特性偏差进行良好的校正和定标,该方法能够很好的对仪器高次曲线进行良好标定,结果采用O-B和与ATMS进行交叉比对方法进行验证,定标精度比使用国外常规U参数订正方法提高最高达4 K,显著提高全球大气三维温度产品性能.

FY-3C微波湿温探测仪118 GHz和183 GHz通道辐射特性仿真分析

我国第二代极轨气象卫星的第三颗星——风云三号C星(FY-3C)已于2013年9月发射.为探讨微波湿温探测仪大气探测通道对大气参数的探测能力,采用威斯康星大学的非流体静力学中尺度模式系统(UW-NMS)模拟Katrina飓风的基础数据集,结合微波辐射传输模式,正演模拟分析了微波湿温探测仪118 GHz和183 GHz通道的辐射特性.仿真结果表明118 GHz和183 GHz通道作为星载亚毫米波大气探测通道,能够提供更加精细的大气温度和湿度廓线信息;冰态粒子的散射作用可使(118.75±5.0)GHz和(183.31±7.0)GHz通道亮温分别下降108 K和76 K,新增的探测频点和通道能提升对云雨大气的探测能力;118 GHz和183 GHz通道亮温对云中各种水凝物粒子响应的模拟分析结果证明了这两组通道在云中水凝物分布特性反演方面的潜在探测能力;大气中雨水含量的增加可以导致(118.75±5.0)GHz通道亮温下降4.5 K,118 GHz对液态粒子特有的响应能力,显示了其作为降水反演频点的优势;大气中雪粒子含量的增加会使(118.75±5.0)GHz通道亮温下降10 K,可利用该通道探测云中的雪晶含量.

FY-3C/MERSI与MODIS的多波段干旱指数反演及对比分析

以陕西省为研究区,选取2014年代表旱情发展过程的5、7和8月份的FY-3C/MERSI数据及与其同期的MODIS反射率产品和陆表温度数据,构建多波段干旱指数(MBDI),比较两种数据MBDI结果的空间相关性,结合研究区土壤相对湿度数据对MBDI进行相关性分析,比较MBDI监测结果的空间分布特征及不同干旱程度下像元数的变化趋势。结果表明:(1)MERSI-MBDI与MODIS-MBDI呈显著正相关,R2达0.7以上,通过0.001水平显著性检验;(2)MERSI-MBDI与MODIS-MBDI与10 cm土壤相对湿度均通过0.05水平显著性检验,MERSI-MBDI与土壤相对湿度具有更好的相关性,通过了0.01水平显著性检验;(3)MERSI-MBDI与MODIS-MBDI旱情监测结果在空间上具有良好的一致性,并与研究区实际情况相符,且不同干旱程度下像元数的变化趋势也十分一致。研究表明,通过与MODIS数据对比,MERSI数据可以很好的进行陕西省旱情变化监测。

FY-3C/臭氧总量探测仪太阳辐照度偏差的修正

为了解决风云-3C/臭氧总量探测仪(FY-3C/TOU)太阳辐照度数据异常的问题,给出了一种求解TOU漫反射板坐标系安装偏差的算法,并利用调整后的安装参数对TOU太阳辐照度进行了修订。系统研究了该算法的基本原理及数值分析结果。该算法假设TOU在轨实际漫反射板坐标系与理想漫反射板坐标系之间的偏差可用未知转换矩阵刻画,根据太阳辐照度真值与TOU修订辐照度数据之间的关系建立了关于未知变量的方程。然后,基于最优目标问题求解出了转换矩阵的各未知参数;最后,将修订后的漫反射板坐标系参数代入TOU定位及定标处理流程,实现对FY-3C/TOU太阳辐照度偏差的订正,达到利用辐照度追踪仪器衰减系数的目的。数值分析结果表明偏差修订效果显著,TOU太阳辐照度的最大相对误差从35%降低为2%,相对误差波动范围从27.2%缩小为3.2%。

FY-3C/MERSI数据应用于陕西省干旱时空动态监测研究

基于FY-3C/MERSI 1 km遥感数据,分别利用植被供水指数模型(VSWI)、归一化干旱指数模型(NDDI)、多波段干旱指数模型(MBDI),对陕西省2014年夏季的干旱过程进行动态监测,结合研究区同时段10 cm土壤相对湿度资料,对3种干旱遥感监测模型的准确性和稳定性进行评价。结果表明:3种遥感监测模型对陕西省2014年夏季干旱过程监测的准确性均有较好表现,其中VSWI的动态监测稳定性更好;MBDI与VSWI对干旱中期干旱程度的反演结果准确性相当,但对于干旱前期与后期,VSWI结果的准确性更好。基于VSWI监测结果,将陕西省分为陕北、关中和陕南地区进行讨论,结果表明FY-3C/MERSI具备对陕西省这次干旱过程进行时空动态监测的能力。

2014—2016年FY-3C与COSMIC掩星电离层特征参数的比较

利用由FY-3C和COSMIC两个全球导航卫星系统无线电掩星任务提供的2014—2016共3年的电离层电子密度廓线,基于时间间隔7. 5 min、经纬度间隔2. 5°的时空匹配窗口,对两个掩星任务的电离层峰值密度(NmF2)和峰值高度(hm F2)进行了比较。结果表明:由两个任务得到的特征参数相关性良好,各年之间相关性水平基本稳定,其中各年NmF2和hm F2相关系数的平均值分别为0. 87和0. 75; FY-3C的特征参数相对于COSMIC的偏差很小,各年NmF2的绝对偏差均值和相对偏差均值分别不超过±0. 25×10~5el/cm^3和±15. 0%,hm F2的绝对偏差均值和相对偏差均值分别不超过±7. 00 km和±1. 80%。此外,由两个任务得到的特征参数在空间上均表现出赤道及低纬地区数值较高且呈"条带状"分布的特点,且两个任务都监测到了2016年相对于2014年和2015年NmF2和hm F2均存在显著下降的现象。

基于FY-3C/MWHTS资料的海洋晴空大气温湿廓线反演方法研究

针对搭载于风云三号C星（FY-3C）上的微波湿温探测仪（Microwave Humidity and Temperature Sounder,MWHTS）,建立了海洋晴空大气条件下温湿廓线同时反演的一维变分反演系统.通过对影响反演精度的各个因素进行分析,确立了该系统的输入参数.对于FY-3C/MWHTS观测亮温与快速辐射传输（Radiative Transfer Model for TOVS,RTTOV）模型的模拟亮温之间的偏差和角度依赖性,采用逐像元统计回归校正方法进行校正.选择西北太平洋海域晴空条件下的校正亮温数据进行温湿廓线的反演,并利用欧洲中期天气预报中心再分析数据集对反演结果进行验证,结果表明：反演的温度廓线和相对湿度廓线的最大平均偏差分别为1.09K和5.4%,最大均方根误差分别为1.48K和22.69%,与未校正亮温的反演结果相比,温度廓线的均方根误差最大可减小1.56K,湿度廓线的均方根误差最大可减小14.71%.反演温湿廓线与背景廓线的精度对比表明：反演的温度廓线在10~70hPa、300~350hPa和700~850hPa内的精度高于背景廓线的精度,而反演湿度廓线的精度除了825~875hPa,其他范围均高于背景廓线的精度,因此FY-3C/MWHTS观测亮温的反演结果可进一步提高预报廓线精度.

FY-3C的掩星探测特点和初步结果

全球导航卫星掩星接收机（GNOS-Global Navigation Satellite System Occultation Sounder）是风云卫星首次尝试掩星探测技术的仪器,它能够同时兼容GPS（Global Positioning System）和我国自主研制的北斗BDS（Bei Dou navigation satellite）信号。简要介绍了国际上掩星探测技术的发展情况,以及我国的首个民用掩星接收机GNOS的仪器概况,对其数据的主要处理过程进行了描述,并利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）再分析资料进行对比分析,结果显示GNOS-GPS掩星中性大气折射率在5～25km有最优的探测精度,标准偏差在1%以内,中高纬度的精度好于低纬度地区。掩星探测的精度与国外同类掩星数据类似,体现了GNOS掩星探测的价值,但对于30km以上的高度,精度还有待进一步提高。

基于FY-3C的海南橡胶林生长季净初级生产力估算研究

基于CASA模型,利用我国自主研发的FY-3C气象卫星资料和同期地面气象观测数据,估算了2016年海南岛天然橡胶林的净初级生产力及其时空分布。2016年海南岛橡胶林NPP平均为556.32gC/m^2/a,儋州、白沙、澄迈等市县是橡胶林NPP的高值区,NPP在600gC/m^2/a以上。水热条件的改善会直接影响天然橡胶的NPP,其时间分布具有明显的季节性规律。4~9月海南岛气温适宜、降水充沛、太阳辐射充足,此段时间内的NPP约占生长季总NPP的82.05%,其中,8月最大,达到95.75gC/m^2/月,10月之后开始明显下降。

基于FY-3C星微波成像仪毫米波通道的海面大风算法研究

对基于FY-3C星微波成像仪(MWRI)毫米波通道的海面大风算法进行了研究。根据在中国海域观测到的海面后向热辐射数据,认为联合多个毫米波通道分析方法可利于海面大风反演。对中低风速(0~15m/s)下D-矩阵算法进行修正,给出了适于MWRI的海面风速反演新模型。与浮标数据拟合结果表明:FY-3B,C星MWRI均方差(RMS)分别为1.24,1.18m/s。用带泡沫散射层的双尺度随机粗糙面的复合模型计算后向热发射。考虑各通道频率、灵敏度和定标精度等因素,用回归分析法分析了各通道热辐射特性随海面风速变化的不同响应特性,建立了适于FY-3C星MWRI的大风风速反演模型。中低风速模型和大风速模型反演的全球海面风速分布结果表明:中低风速精度标准差1.2m/s;反演大风数据和海岛固定浮标数据有一致性,模型的实际应用效果较好,可为我国沿海的大风监测和预警提供保障。

FY-3C和MODIS检测湘赣地区地表温度差异研究

地表温度(LST)是陆面过程研究的关键参数之一,卫星遥感是获取大范围LST格局及时空变化的最有效手段。然而,有关不同卫星遥感LST产品在典型地区的一致性研究有待深入。研究比较了国产风云气象卫星FY-3C VIRR和美国Terra卫星MODIS LST产品在湖南省和江西省的时空差异。结果表明:FY-3C和MODIS的LST产品(白天和夜间)都刻画出了湘赣地区的LST季节变化,但FY-3C LST整体低于MODIS LST;两种卫星产品白天LST的差异在夏季和春季高于秋季和冬季;两种卫星产品夜间LST差异幅度要低于白天LST,也呈现夏季和春季的差异高于秋季和冬季;两种卫星产品LST日均温也是MODIS高于FY-3C,二者差异在夏季最大、春季次之、秋季和冬季较小。研究结果可为国产卫星遥感检测典型地区地表信息特征时空变化提供参考。

FY-3C MWHS-Ⅱ辐射率在RMAPS-CA中的同化

中亚地区常规气象观测站点稀疏,同化极轨卫星FY-3C上的Ⅱ型微波湿度探测器(MWHS-Ⅱ)辐射率资料可有效减小该地区数值预报初始场的不确定性。本研究首次在中亚快速更新多尺度资料分析和预报系统RMAPS-CA中同化了FY-3C/MWHS-Ⅱ辐射率,评估了其同化效果。结果表明:(1)单个时次冷启动的同化时间窗口内,仅有56%的辐射率资料通过了质量控制并被RMAPS-CA同化。(2)偏差订正整体减小了各水汽通道的背景场辐射亮温偏差,最大减幅出现在通道14,达0.5 K。通道14偏差订正前的观测辐射亮温和背景场辐射亮温间存在较大偏差,是其同化应用中需要特别注意的。(3)FY-3C/MWHS-Ⅱ辐射率同化整体提高了RMAPS-CA系统对高空温度、位势高度、高空风速等的中短期预报准确率。同时,使得2 m温度和10 m风速的预报准确率预报均方根误差分别平均减小了0.2 K和2 m/s。其同化有效降低了小雨预报的漏报率和空报率,小雨预报的TS评分提升了16%。降低了中雨和大雨预报的漏报率,3个量级降水预报的BIAS评分分别提升了18%、38%和36%。

FY-3C微波温湿探测仪及其在台风监测中的应用

2013 年9 月23 日11 时07 分发射的风云三号C（FY-3C）星是我国第二代极轨气象卫星的第三颗星.其上装载的新型微波温湿探测仪已于2013 年9 月30 日开机工作.与风云三号A/B 星微波湿度计（MWHS）相比,新一代微波湿度计（MWHTS）在118GHz 氧气吸收线和183GHz 水汽吸收线设计了两组共15 个大气探测通道,在大气窗区设置了89GHz 和150GHz 探测通道.118GHz 是国际上首次使用的星载探测频点.本文主要对新一代微波湿度计系统进行阐述,对其开机后的在轨性能进行分析,并着重分析利用微波湿度计监测台风菲特的生成、演化、增强和消亡的整个过程,从而为数值天气预报和现报提供重要的价值.

内蒙古地区FY-3B/3C微波遥感土壤水分数据产品的融合与评估

土壤水分是陆−气耦合系统的重要组成部分,土壤水分监测在气候、水文、农业等领域具有重要意义。与站点资料相比,遥感数据能够较好地反应区域格点上土壤水分的变化。基于2018年作物生长季(5−10月)观测站点表层(0−10cm)土壤水分逐日观测资料,选用与观测站点资料时空一致的FY-3B升轨/降轨、FY-3C升轨/降轨、AMSR2、SMOS卫星土壤水分产品,对各遥感数据进行检验。首先利用加权平均法对FY-3B升轨/降轨、FY-3C升轨/降轨产品数据进行融合,然后利用随机森林方法融合形成FY-3B/3C数据集,对比评价AMSR2、SMOS、FY-3B/3C在内蒙古地区的适用性。结果表明:FY-3B升轨/降轨、FY-3C升轨/降轨中日间的数据质量好于夜间,通过加权平均融合后的FY-3B和FY-3C数据质量无显著改善,利用随机森林模型融合形成的FY-3B/3C数据产品质量得到显著提升。在雨季和高植被覆盖区(东北部),SMOS、AMSR2、FY-3B/3C三个数据产品中FY-3B/3C数据质量均好于SMOS和AMSR2。整体来看,SMOS在内蒙古中部和东南部地区适用性较好,AMSR2在全区适用性较差,FY-3B/3C在全区适用性最好。

基于FY-3C掩星数据偶发E层的研究

利用FY-3C极轨卫星提供的2014年6月至2015年5月的GPS无线电掩星数据,统计分析了全球范围内抽样频率为50 Hz的C/A码SNR扰动情况,进而对偶发E层进行了研究.结果表明:偶发E层在夏季半球中纬地区的扰动强度远远大于冬季半球同一纬度地区的扰动强度,偶发E层在纬度40°附近扰动明显增强;在E层100 km高度附近,Es层在10:00 LT和22:00 LT达到峰值;Es层在夏季半球的出现率明显高于冬季半球;FY-3C卫星的掩星观测结果与COSMIC系统的观测结果较一致,可以利用FY-3C卫星的掩星数据研究电离层偶发E层等的变化.