快速辐射传输模式RTTOV在模拟FY-3D HIRAS亮温中的应用

作     者：周校立 

作者单位：南京信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：官莉

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

主      题：HIRAS 快速辐射传输模式RTTOV 模拟亮温 

摘      要：辐射传输模式是研究大气状态变量、卫星遥感的重要工具,快速辐射传输模式RTTOV由于运算速度快、适用范围广、模拟精度较高得到了广泛的应用;FY-3D红外高光谱垂直探测仪器HIRAS得到的高分辨率大气垂直结构资料,可以进行资料同化等研究。本文基于FY-3D红外高光谱探测仪HIRAS开展辐射传输模式,模拟输入的辐射值不同时,对垂直分层方案的敏感性和高层大气敏感通道的研究。RTTOV模式对星载仪器观测辐射进行模拟时,可输入任意垂直层数的大气状态廓线,模式共提供了5种垂直插值方案。通过与逐线的精确辐射传输模式对比,当输入廓线层数大于系数文件层数时,各插值方案在窗区、水汽通道模拟结果差异不大,CO探测通道中插值方案4和5的偏差较小,插值方案1、2、3在温度Jacobian廓线中表现出垂直方向上的微小振荡,使用插值方案2得到的水汽Jacobian矩阵表现出强烈的振荡。反之,当输入廓线层数小于系数文件层数时,方案1在多数通道上比其它插值方案偏差略大,但5种插值方案之间差异较小,温度Jacobian矩阵和湿度Jacobian矩阵形状均较为平滑且相近。HIRAS中980-1070 cm、700-800 cm两个波段对臭氧含量变化敏感,为探讨臭氧输入对RTTOV模拟的亮温影响,以HIRAS观测的亮温作为真实值和模拟结果对比,发现在臭氧强吸收带上的通道,输入臭氧数据与否的模拟结果与真实亮温差较大,差值可达15 K以上,可见输入臭氧数据极大的降低了模拟的亮温误差,因此在进行臭氧强吸收带同化时必需考虑臭氧浓度数据的输入。HIRAS中660-700 cm波段对高层二氧化碳含量变化敏感,但通过二氧化碳浓度的敏感性试验发现,是否输入二氧化碳对模拟的亮温基本没有影响。在二氧化碳吸收带,输入二氧化碳廓线与使用RTTOV中缺省值模拟的亮温差仅有1 K,对其它非二氧化碳吸收带而言引起的亮温差几乎为0 K,因此在同化高层数据时可以不考虑二氧化碳廓线的输入。