卫星微波高层探测通道定标精度评估

全球/区域数值预报同化系统所需要的重要资料来源之一是卫星微波遥感的亮温数据。微波遥感仪器的高层大气(平流层中上部)探测通道亮温的定标精度,受多种因素影响,存在一定的偏差。由于高层大气高精度探测资料相对比较匮乏,因此对微波遥感的高层大气亮温的精度检验评估成为重要研究内容。本文对在轨运行的微波温度遥感器AMSU-A、ATMS和FY-3D MWTS-2在2020年观测数据进行了定标精度检验评估,综合使用了三种评估方法进行了较为全面的分析,即基于掩星资料、再分析资料的辐射传输模拟比较和同类仪器交叉定标比较。三种检验评估方法从不同角度揭示了各仪器高层大气探测通道观测资料的误差特征,分析了对比误差的可能来源。三种评估方案给出的高层通道亮温的偏差存在差异,但基本结果变化趋势是一致的,即高层通道相比中低层通道,存在较大的噪音。除了交叉定标方法,其它两种方法都检验出了高层资料偏差的季节变化;整体而言,AMSU-A表现要优于MWTS-2和ATMS。本研究评估的高层亮温偏差的时间、空间变化特征可为微波高层大气资料的同化、气候应用提供参考。

遥感大气中汽态水和液态水含量的实验研究

根据微波在大气中的辐射传输理论，采用接收１．３５ｃｍ和８ｍｍ波段的大气噪音，推算大气中水汽和液态水含量。研制了双通道微波辐射计，进行遥感实验。文章中对微波辐射计测得的数据如何进行校正，展开了详细的讨论，这将在监测和利用空中水资源的科学实验中发挥作用。

机载微波辐射计反演云液水含量的云物理方法

用一维层状云模式产生云样本,通过统计回归求得机载对空微波辐射计测云中路径积分液态水含量的反演系数,与用历史探空统计资料作相对湿度诊断产生云样本的反演方法进行了比较,并通过因素分析、数值模拟检验等方法对机载微波辐射计的探测误差进行估计。对2001年7月8日的个例分析表明,用云模式得到的统计样本,由于加入了对层状云物理过程的考虑,较为符合当天的实际天气情况,在一定程度上减小了由于背景大气条件、云温、云内含水量的垂直分布等的不确定性所引起的反演误差。对反演精度的数值模拟检验表明,各高度层的均方根相对误差在9.5%-12.7%之间,反演精度在所有高度上都高于原方法。对探测误差的因素分析表明,与仪器漂移及背景场引起的误差相比,由云液水垂直分布的不确定所引起的误差是不可忽略的。因此为进一步提高反演精度,根据实际宏观观测资料,对云模式产生的大量样本进行筛选,从中选取与实际云况较为符合的云样本进行拟合,结果表明,采用这一措施可以使反演精度得到进一步改善。

星载微波辐射计定标及误差分析

微波辐射计是气象卫星对地观测微波遥感重要仪器之一,通过接收被观测场景辐射的微波能量来探测目标的特性。而微波辐射定标是微波遥感探测资料定量化应用的基础。以目前气象卫星的微波辐射计以此为例,对微波辐射计的定标方法进行了概述,并对微波辐射计的定标误差进行了分析和估算。

静止轨道微波辐射计在轨冷定标方案初探

地球静止轨道微波辐射计利用大气吸收频段对温湿度廓线探测,辐射计在轨采用冷空作为低温定标源。当反射器指向冷空获取宇宙背景辐射亮温时,太阳或其他星体会进入冷空观测视场,由于其亮温远远高于冷空辐射亮温2.73 K,一旦进入会严重影响冷空观测值。为充分有效利用辐射计观测数据,本文主要分析最大影响源太阳对冷空观测亮温的影响,初步给出一种静止轨道微波辐射计冷定标方案,使冷空观测亮温与背景标准值的最大偏差降低至0.04 K,同时也分析了月球和卫星本体等因素对冷空观测亮温的影响。

定标噪声源逆向辐射对微波辐射计的精度影响分析

为了提高微波辐射计系统的精度,对微波辐射计接收机反射系数因定标噪声源影响产生的变化进行了研究,并给出了相关的误差公式和系统噪声公式.通过对31.65 GHz微波辐射计进行定标噪声源逆向辐射测量实验分析表明,定标噪声源逆向辐射引起的反射系数变化,会使失配因子改变且使系统噪声增加.

无云情况下L波段微波辐射计快速大气校正方法

利用数值天气预报模式输出的大气温湿廓线数据与大气辐射传输模型计算了无云情况下全球海面大气在L波段的上行、下行辐射亮温及透射率,建立三个参数与大气水汽含量及海表气压的回归关系模型——辐射-水汽模型,利用该模型可快速计算大气辐射参数,对L波段微波辐射计进行大气校正.为了验证模型的实用性和可靠性,利用SSM/I卫星水汽含量数据和数值模式地表气压数据通过模型计算大气辐射参数,并与Aquarius卫星实测L波段微波辐射数据进行对比分析.结果表明:模型计算的辐射亮温比卫星观测数据偏低约0.335 K,但改正系统性偏差后的均方根误差仅0.086 K,且模型计算的大气透射率与卫星观测数据基本一致,说明利用该模型对L波段微波辐射计进行大气校正具有较高的可靠性,相比于传统利用大气辐射传输模型进行大气校正,该模型更为简单快速,输入参数更易获取,更适于工程应用.

FY-3D微波成像仪非线性特征及计算方法优化

风云三号D星(FY-3D)微波成像仪采用10.65 GHz、18.7 GHz、23.8 GHz、36.5 GHz和89.0 GHz双极化通道对地表辐射信息进行测量,定标精度会直接影响遥感数据的准确性。影响定标精度的主要因素之一是成像仪系统的非线性特征,用物理参数-非线性系数表示。所以准确计算非线性系数是地面热真空定标试验的主要目的之一,在95-298 K范围内设置不同变温源温度点,每一个温度点对应一个非线性系数,这些非线性系数的平均值即是系统最终的非线性系数值。受系统原理和试验条件的限制,计算平均值时需要确定变温源温度的有效范围,目前使用的范围确定方法是设计师首先依据经验提出几组可能的温度范围,然后对比每个范围的定标结果,选出最优的温度范围。显然,这种方法很容易受到人为因素的影响,而且由于不具备遍历所有温度范围的试验条件,无法确定每个变温源温度点的有效性。为了准确获得非线性系数值,首先通过分析热真空定标试验数据证明非线性系数与场景亮温无关,然后提出了一种优化计算方法,采用t准则确定有效范围得到非线性系数值。对比优化前后两种方法的结果表明,新方法的非线性亮温拟合残差的平均值和标准差值以及非线性亮温的最大拟合值都减小了。由此可见,新方法在计算非线性系数时可以获得更准确的变温源温度范围,可以优化非线性亮温的拟合效果,并且将定标精度提高0.04 K,优化效果在10 GHz接收机以及环境温度较高时尤为明显。