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应用一维变分法反演GPS掩星大气温湿廓线

物理学报 2013年第15期62卷 568-574页

作者：毕研盟廖蜜张鹏马刚国家卫星气象中心北京100081

GPS掩星观测的折射率是大气温度、湿度状态的函数,应用一维变分方法(1DVAR)可以从折射率资料中同时反演出大气温、湿度廓线,利用COSMIC 2011年中国区域掩星观测数据对这一方法进行了测试,背景场采用ECMWF大气廓线,反演结果与相匹配的探... 详细信息

GPS掩星观测的折射率是大气温度、湿度状态的函数,应用一维变分方法(1DVAR)可以从折射率资料中同时反演出大气温、湿度廓线,利用COSMIC 2011年中国区域掩星观测数据对这一方法进行了测试,背景场采用ECMWF大气廓线,反演结果与相匹配的探空观测有较好一致性.重点研究了一维变分反演方法中非理想气体效应(non-ideal effect)对温度、湿度反演误差的影响,不同月份的比较结果表明,非理想气体效应对掩星反演大气廓线是一种系统性影响,考虑这一效应可对温度反演改进0.1K的偏差(bias),对比湿可改进约0.5%偏差.掩星资料作为数值天气预报资料同化中少数无需偏差改正的卫星遥感资料,非理想气体效应改正是无疑是非常重要的,此外,考虑这一效应对掩星资料的气候应用也有重要价值.

关键词：一维变分掩星非理想气体效应

气溶胶对大气CO_2短波红外遥感探测影响的模拟分析

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物理学报 2018年第3期67卷 264-276页

作者：王倩毕研盟杨忠东国家卫星气象中心北京100081

气溶胶引起的光学路径长度改变是影响高分辨率近红外光谱反演大气CO_2浓度的重要误差源.本文利用高精度大气辐射传输模式模拟中国碳卫星观测,结合CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)卫星的... 详细信息

气溶胶引起的光学路径长度改变是影响高分辨率近红外光谱反演大气CO_2浓度的重要误差源.本文利用高精度大气辐射传输模式模拟中国碳卫星观测,结合CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)卫星的气溶胶廓线产品研究了不同特性的气溶胶对卫星观测光谱的影响.模拟结果显示:气溶胶散射引起的光学路径长度改变与气溶胶类型、模态以及垂直分布密切相关;城市型和海洋型气溶胶对观测光谱影响很大;多层分布的积聚模态大陆型和海洋型气溶胶在光学厚度小于0.3时,会引起5%以内的负辐射变化,随光学厚度不断增加会引起正的辐射变化;主要以粗粒子模态存在的气溶胶在不同的垂直分布情况下均会引起辐射的负变化,从而造成CO_2浓度的高估;另外,随气溶胶分布高度变高,负的辐射变化程度会逐渐减小.

关键词：二氧化碳气溶胶短波红外高光谱

碳卫星高光谱二氧化碳探测仪基于太阳夫琅禾费吸收线的在轨波长定标

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大气科学 2022年第3期46卷 645-652页

作者：毕研盟王倩杨忠东刘成保蔺超田龙飞张乃强王雅澄许健民气象卫星创新中心中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室国家卫星气象中心北京100081 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所合肥230031 中国科学技术大学合肥230026 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033 中国科学院微小卫星创新研究院上海201203 华云星地通科技有限公司北京100081 航天恒星科技有限公司北京100086

大气二氧化碳(CO_(2))探测仪(ACGS,Atmospheric Carbon dioxide Grating Spectrometer)搭载于中国全球二氧化碳观测科学试验卫星(TanSat),通过探测0.76μm、1.61μm、2.06μm波段的反射太阳光谱,采用最优估计算法反演大气CO_(2)浓度。满足高光谱分辨率和高精度CO_(2)浓度反演需求,精确探测光谱波长的变化非常重要。本文以高分辨率太阳参考光谱的夫朗禾费吸收线作为参考基准,利用ACGS对太阳的观测光谱计算了ACGS三个谱段通道中心波长位置在一年内的变化情况。结果显示,三个谱段的波长变化在光谱分辨率10%以内,满足光谱定标精度需求。这种变化可能是由于仪器在轨状态变化引起,特别是在轨运行温度变化引起的。ACGS波长的微小变化需要在产品反演中进行修正。基于独立太阳夫琅禾费吸收线的在轨光谱定标方法不仅可以有效监测ACGS的光谱稳定性,还可以为L2产品的处理的提供参考信息。

关键词：高光谱二氧化碳光谱定标太阳光谱

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海南GPS网探测对流层水汽廓线的试验研究

应用气象学报 2008年第4期19卷 412-419页

作者：毕研盟毛节泰毛辉国家卫星气象中心北京100081 北京大学物理学院大气科学系北京100871 深圳市气象局深圳518001

介绍了2005年11月在海南地区进行的一次地基GPS小网观测试验。试验目的是研究利用组网的GPS倾斜路径观测进行对流层水汽层析反演,给出站点上空水汽的垂直廓线结构信息。概述了试验中GPS原始数据处理方法以及层析反演的方法。将GPS层析... 详细信息

介绍了2005年11月在海南地区进行的一次地基GPS小网观测试验。试验目的是研究利用组网的GPS倾斜路径观测进行对流层水汽层析反演,给出站点上空水汽的垂直廓线结构信息。概述了试验中GPS原始数据处理方法以及层析反演的方法。将GPS层析得到的水汽垂直廓线与海口站探空观测的水汽廓线进行了对比,结果表明:二者一致性较好,均方根误差在0.5 g.m-3左右,层析结果较好地反映出试验期间水汽减少、大气变干的过程。另外,采用3种不同的先验信息方案测试分析了GPS层析的结果,表明GPS观测量对水汽先验信息有明显的调整作用。并对GPS水汽层析中可能存在的问题进行了讨论。试验证明高时间分辨率的GPS观测有能力层析出GPS测站上空水汽的廓线信息。

关键词： GPS 水汽层析

FY-3气象卫星中分辨率光谱成像仪和扫描辐射计11μm红外窗区通道的比较

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红外与毫米波学报 2009年第5期28卷 330-334页

作者：毕研盟杨忠东陆其峰郑照军国家卫星气象中心北京100081

在中国新一代气象卫星风云三号搭载的遥感器中,不同遥感器设有相近的通道.针对扫描辐射计(VIRR)第四通道(波段范围10.3～11.3μm)和中分辨率光谱成像仪(MERSI)第五通道(中心波长11.25μm),应用精确的逐线辐射传输模式(LBLRTM)模拟计算... 详细信息

在中国新一代气象卫星风云三号搭载的遥感器中,不同遥感器设有相近的通道.针对扫描辐射计(VIRR)第四通道(波段范围10.3～11.3μm)和中分辨率光谱成像仪(MERSI)第五通道(中心波长11.25μm),应用精确的逐线辐射传输模式(LBLRTM)模拟计算了红外波段8～14μm大气顶向外出射的光谱辐射率,大气廓线采用ECMWF再分析产生的具有代表性的全球52条大气廓线数据集.结合上述两个通道的光谱响应函数,计算了卫星接收到的大气顶出射辐射,从理论上分析了两个通道观测亮温之间的关系.应用2008年9月青海湖辐射校正场FY-3实际观测数据,检验了两个通道的关系.比较结果表明:LBLRTM模拟计算得到的MERSI和VIRR两个红外窗区通道的亮温有较好的一致性和线性关系,MERSI稍低于VIRR,偏差随温度的升高而线性增加.实际观测数据受诸多因素的影响,通道对比结果与理论模拟有一定的差异,VIRR观测亮温低于MERSI.结合MODIS的观测数据,分别与两个通道的观测结果进行了对比,确认了VIRR可能较低地估计了温度,MERSI与MODIS的符合程度在温度探测的绝对精度范围之内.该研究结果有助于评价MERSI和VIRR两个红外相似通道观测结果的异同性.

关键词：风云三号可见和红外扫描辐射计中分辨率光谱成像仪红外通道亮温

山基和地基GPS联合探测大气折射率廓线的试验研究

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高技术通讯 2008年第8期18卷 857-862页

作者：曹云昌胡雄符养杨光林毕研盟国家卫星气象中心北京100081 大气探测技术中心北京100081 中国科学院空间科学与应用研究中心北京100080 北京应用气象研究所北京100029

通过在河北省雾灵山及其周边地区开展的山基 GPS 掩星观测和层析试验,利用掩星和层析反演大气折射率的方法,共获取575条山基掩星的折射率廓线和120条 GPS层析的湿折射率廓线。比较山基掩星和探空获取的大气折射率表明,二者系统偏差在1%... 详细信息

通过在河北省雾灵山及其周边地区开展的山基 GPS 掩星观测和层析试验,利用掩星和层析反演大气折射率的方法,共获取575条山基掩星的折射率廓线和120条 GPS层析的湿折射率廓线。比较山基掩星和探空获取的大气折射率表明,二者系统偏差在1%左右,标准差为2%～3%,不同接收机反演的折射率符合精度优于1%,表明所选用的接收机在地面试验中基本可以满足对大气掩星观测的需求;山基掩星、GPS 层析和探空三种方法获取的大气湿折射率比较表明,三者具有很好的一致性,这从另一个方面进一步验证了山基掩星观测的效果;试验表明在低层山基掩星具有很好的垂直分辨率和精度,可以和 GPS 层析对整个对流层的探测互为补充,在大气探测方面具有重要的潜在应用价值。

关键词：山基掩星 GPS层析大气折射率 GPS气象学

应用全球定位系统、太阳光度计和探空仪探测大气水汽总量的对比分析

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气象学报 2011年第3期69卷 528-533页

作者：毕研盟杨忠东李元国家卫星气象中心北京100081

介绍了应用全球定位系统(GPS)和太阳光度计估算大气水汽总量的方法。大气中的水汽会对GPS信号的传播造成显著的影响,故可以利用GPS观测估算水汽总量或可降水量(PW);在近红外940 nm波段,水汽对太阳直射辐射的吸收作用会直接影响到太阳光... 详细信息

介绍了应用全球定位系统(GPS)和太阳光度计估算大气水汽总量的方法。大气中的水汽会对GPS信号的传播造成显著的影响,故可以利用GPS观测估算水汽总量或可降水量(PW);在近红外940 nm波段,水汽对太阳直射辐射的吸收作用会直接影响到太阳光度计观测的信号,利用水汽吸收透过率与水汽量的关系,应用太阳光度计的辐射观测资料也可以反演出无云情况下的水汽总量。将锡林浩特观象台2008年5—7月的GPS、CE-318型太阳光度计和探空仪3种观测的水汽量进行了比较,三者对水汽量的变化趋势描述较为吻合,相关系数在0.88以上,说明GPS和太阳光度计都能捕捉到大气中的水汽变化信息;但在水汽量的具体数值上存在差异。统计分析表明:相对于探空来说,GPS-PW稍高于探空值约0.18 g/cm2,太阳光度计PW值则低于探空。太阳光度计便于携带,观测简便;GPS可全天观测无需标定,利用GPS-PW对太阳光度计反演中的模拟参数进行校正是一种可行的方法。

关键词：水汽总量全球定位系统(GPS) 太阳光度计遥感

应用地基GPS遥感倾斜路径方向大气水汽总量

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地球物理学报 2006年第2期49卷 335-342页

作者：毕研盟毛节泰刘晓阳符养李成才北京大学物理学院大气科学系北京100871 香港科技大学海岸与大气研究中心

应用地基GPS沿倾斜路径方向遥测大气水汽总量,是获得测站周围水汽三维空间分布信息(水汽层析)的基础.本文介绍了地基GPS沿倾斜路径方向遥感大气水汽总量的原理和方法;首先用湿梯度、后处理残差联合计算接收机上空不同方位上大气水汽各... 详细信息

应用地基GPS沿倾斜路径方向遥测大气水汽总量,是获得测站周围水汽三维空间分布信息(水汽层析)的基础.本文介绍了地基GPS沿倾斜路径方向遥感大气水汽总量的原理和方法;首先用湿梯度、后处理残差联合计算接收机上空不同方位上大气水汽各向异性成分,在此基础上重构倾斜路径水汽总量.为验证GPS观测结果精度,用微波辐射计(WVR)与GPS一起进行了联合观测,不同观测地点和时间的对比结果表明,二者root mean square(RMS)误差小于4mm,证明应用此种方法地基GPS可较精确地反演出倾斜路径方向大气水汽总量,而且这种反演方法适合于近实时大气遥感探测.地基GPS测量具有全天候可连续观测等优点,可以弥补常规观测的不足,为气候研究提供高精度且连续的水汽数据资料;组网观测可以为数值天气预报提供好的初始场,提高模式预报精度.

关键词：全球定位系统(GPS) 遥感倾斜路径水汽

基于Kalman滤波的GPS水汽层析方法及其应用

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高原气象 2011年第1期30卷 109-114页

作者：毕研盟杨光林聂晶国家卫星气象中心北京100081

开发了基于Kalman滤波的GPS水汽层析方法,Kalman滤波提供了一种高效可计算的方法来估计过程的状态。将这种方法应用于海南地区GPS小网观测试验中,成功地层析出观测站上空大气水汽的垂直结构。结果表明,GPS层析得到的水汽廓线信息与探空... 详细信息

开发了基于Kalman滤波的GPS水汽层析方法,Kalman滤波提供了一种高效可计算的方法来估计过程的状态。将这种方法应用于海南地区GPS小网观测试验中,成功地层析出观测站上空大气水汽的垂直结构。结果表明,GPS层析得到的水汽廓线信息与探空符合较好,即使水汽先验估计存在±50%偏差的情况下,依然能获取正确、可靠的水汽垂直结构信息。通过初步分析认为,层析结果较稳定的原因可能是因为这种方法在一定程度上避免了层析方程解算过程中的病态问题,且对水汽先验信息并不敏感,使得层析结果更忠实于原始GPS观测资料。

关键词： GPS Kalman滤波水汽层析方法