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星载雷达降水反演算法敏感性分析

气象学报 2024年第2期82卷 236-246页

作者：吴琼尹红刚陈林商建谷松岩卢乃锰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(国家空间天气监测预警中心)北京100081

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 NU... 详细信息

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。

关键词： GPM FY-3G PMR 降水反演相态 NUBF 敏感性分析

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微波真实光谱响应对快速辐射模拟影响分析

光谱学与光谱分析 2023年第10期43卷 3260-3265页

作者：陈昊王皓韩威谷松岩张鹏康志明江苏省气象台江苏南京210008 中国气象局交通气象重点开放实验室江苏南京210008 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 国家卫星气象中心北京100081

为分析国产微波遥感器真实光谱响应在数值天气预报系统同化模块中对微波辐射快速模拟的影响,基于逐线吸收模型,采用TOVS辐射传输(RTTOV)预报因子和风云三号D星微波温度探测仪(FY-3D/MWTS-2)搭载的大气和陆地均有辐射贡献的第四通道真实... 详细信息

为分析国产微波遥感器真实光谱响应在数值天气预报系统同化模块中对微波辐射快速模拟的影响,基于逐线吸收模型,采用TOVS辐射传输(RTTOV)预报因子和风云三号D星微波温度探测仪(FY-3D/MWTS-2)搭载的大气和陆地均有辐射贡献的第四通道真实光谱响应和理想光谱响应,通过最小二乘法,分别拟合生成真实光谱响应和理想光谱响应对应的快速微波辐射光学厚度拟合系数。将两种拟合系数应用于中国气象局全球预报系统(CMA-GFS)的四维变分同化系统,采用美国环境预报中心(NCEP)的分析资料(FNL)作为CMA-GFS的气象要素背景场,模拟不同光谱响应驱动下的微波辐射背景场,并与FY-3D/MWTS-2真实观测场进行对比统计分析,分别计算真实光谱响应和理想光谱响应驱动时,不同海陆类型下的观测背景差(OMB),分析真实光谱响应相比理想光谱响应,对不同海陆类型的微波辐射模拟的差异。分析结果表明,在微波辐射观测场值较低的情况下,真实光谱响应和理想光谱响应驱动模拟的微波辐射背景场值略高于观测场值,随着微波辐射场值增大,模拟的微波辐射背景场值与观测场值更为接近;除南半球靠近极区的少部分地区外,真实光谱响应驱动模拟的OMB均小于理想光谱响应驱动的模拟结果,真实光谱响应驱动的辐射背景场模拟更接近于观测场;相比采用理想光谱响应驱动,采用真实光谱响应驱动后,在陆地地区,微波辐射OMB的均方根误差(RMSE)减小约1.80%;在海洋地区,RMSE减小约2.6%;在海陆交界地区,RMSE减小约4.72%,全球总体RMSE减小2.17%;采用真实光谱响应驱动后,OMB总体的标准差(STDV)和平均绝对误差(MAE)分别减小为0.75%和4.6%。

关键词：真实光谱响应理想光谱响应微波辐射模拟微波遥感资料同化观测背景差海陆差异分析

FY-3E微波湿度计发射前定标的非线性系数在星上定标中的适用性分析

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遥感学报 2023年第10期27卷 2327-2336页

作者：王振占肖雨伟张升伟何杰颖谷松岩中国科学院国家空间科学中心中国科学院微波遥感技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)中国气象局北京100081 中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室中国气象局北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081

星载微波湿度计发射前定标和在轨定标的最大不同是冷源的使用:在轨定标的冷源是宇宙冷空背景温度,通常为2.7 K,而发射前定标的冷源通常控制在80—100 K。这样通过发射前定标得到的非线性系数是否可以用于在轨定标一直是一个非常关心和... 详细信息

星载微波湿度计发射前定标和在轨定标的最大不同是冷源的使用:在轨定标的冷源是宇宙冷空背景温度,通常为2.7 K,而发射前定标的冷源通常控制在80—100 K。这样通过发射前定标得到的非线性系数是否可以用于在轨定标一直是一个非常关心和值得研究的问题。本文通过在FY-3E微波湿度计发射前热真空定标中除了传统需要的冷热、变温定标源之外,另外设计了一个独立的位于180—200 K附近的定标源。利用该验证源,本文提出了三点定标公式,基于冷空不变性并通过外推到冷空亮温的模拟观测计算非线性系数。随后通过比较传统和新型非线性系数推导方法的结果,并将两组系数带入同一组数据中分析两组发射前定标系数用于在轨定标的适用性。结论表明,通过对传统方法和新方法的计算结果比较,发现将两组非线性方法应用于同一数据集的结果存在差异,说明传统方法得到的发射前系数存在误差。并且该方法简化了发射前标定过程,提高了非线性系数用于星上标定的精度。

关键词：微波湿度计定标 FY-3微波湿度计发射前定标在轨定标非线性系数

利用云对称性假定分析微波成像仪全天空偏差特征

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气象 2022年第12期48卷 1590-1607页

作者：刘梅希爽张鹏马刚谷松岩中国气象科学研究院北京100081 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 国家卫星气象中心北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081

星载微波成像仪全天空观测资料包含了云和降水的信息,但全天空的观测误差不满足资料同化中观测误差为高斯分布的要求。根据欧洲中期天气预报中心提出的云对称性假定,建立了风云三号C星微波成像仪(Fengyun-3C Microwave Radiation Imager... 详细信息

星载微波成像仪全天空观测资料包含了云和降水的信息,但全天空的观测误差不满足资料同化中观测误差为高斯分布的要求。根据欧洲中期天气预报中心提出的云对称性假定,建立了风云三号C星微波成像仪(Fengyun-3C Microwave Radiation Imager,FY-3C MWRI)资料全天空观测误差模型,选取超强台风玛莉亚和利奇马作为研究个例,将全天空观测辐射率进行质量控制和标准化之后分析了全天空的初估场偏离值(first-guess departure,FG departure)特征。结果显示:在云对称性假定下,FY-3C MWRI所有通道的全天空初估场偏离值均接近高斯分布,可以用于观测资料的误差分析;较传统微波晴空资料误差分析模型,基于云对称性假定的全天空观测误差分析模型新增了43.90%~54.63%的卫星观测资料分析,新增观测资料主要来自台风螺旋云带和云墙部分区域。文章初步挖掘了FY-3C MWRI全天空观测资料的可同化潜力,对进一步提高国产风云卫星微波资料在数值预报中的利用率有实际应用价值。

关键词：卫星资料同化微波成像仪全天空观测误差模型区域数值预报模式

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气象卫星发展回顾与展望

遥感学报 2016年第5期20卷 832-841页

作者：卢乃锰谷松岩国家卫星气象中心北京100081

回顾了国际气象卫星和中国风云气象卫星的发展,综述了气象卫星在图像解译、定量产品应用和数据同化方面的成就以及辐射校正技术的进步。围绕大气科学,特别是数值天气预报对天基观测的需求,展望了未来气象卫星的技术发展方向。

关键词：气象卫星遥感应用极地轨道气象卫星静止轨道气象卫星

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先进微波探测器资料反演地表微波辐射率试验

电波科学学报 2004年第4期19卷 452-457页

作者：谷松岩邱红张文建北京大学物理学院大气科学系北京100871 国家卫星气象中心北京100081

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 :... 详细信息

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

关键词：先进微波探测器地表微波辐射率资料反演 AMSU-A 指数分析 IGBP 遥感信息

一种星载降水测量雷达和地基天气雷达的频率修正方法

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气象学报 2023年第2期81卷 353-360页

作者：吴琼仰美霖陈林尹红刚商建谷松岩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(国家空间天气监测预警中心)北京100081 北京城市气象研究院北京100089

通过结合全球降水测量卫星(GPM)反演算法中用到的0℃层亮带模型以及米散射计算,生成了固态、液态以及混合相态3种降水情况下的散射函数查算表;通过与GPM实测数据的对比,验证了查算表的精度,表明散射计算的最大偏差小于0.5 dB。基于该查... 详细信息

通过结合全球降水测量卫星(GPM)反演算法中用到的0℃层亮带模型以及米散射计算,生成了固态、液态以及混合相态3种降水情况下的散射函数查算表;通过与GPM实测数据的对比,验证了查算表的精度,表明散射计算的最大偏差小于0.5 dB。基于该查算表,完成了星载Ku波段雷达到S波段雷达的频率修正。对散射函数的分析表明:Ku波段到S波段的频率修正取决于相态以及谱参数(D_(m))。其中,液态降水的频率修正量以负为主,最大不超过-3 dB。混合相态降水的频率修正量随着0℃层亮带高度的不同差异非常明显。固态降水的频率修正在不存在0℃层亮带时均为正,存在0℃层亮带时则随着温度的变化而显著变化。该方法可用于实现星、地不同波段雷达之间的频率修正,为星载雷达探测精度的一致性检验提供有效支撑。

关键词：全球降水测量卫星亮带米散射查算表频率修正

多源遥测参数质量控制的FY-3C MWHTS观测亮温质量评分

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遥感学报 2022年第11期26卷 2147-2161页

作者：郭杨陆其峰卢乃锰谷松岩李小青漆成莉窦芳丽吴琼刘辉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(国家空间天气监测预警中心) 北京100081 许健民气象卫星创新中心中国气象局北京100081

微波湿温探测仪(MWHTS)是中国第二代极轨气象卫星风云三号C星(FY-3C)的主要传感器之一,其观测资料的同化受到国内外科学家的广泛关注。卫星观测资料的精度和稳定性是决定其能否被同化及同化效果好坏的关键之一,而卫星平台环境变化和星... 详细信息

微波湿温探测仪(MWHTS)是中国第二代极轨气象卫星风云三号C星(FY-3C)的主要传感器之一,其观测资料的同化受到国内外科学家的广泛关注。卫星观测资料的精度和稳定性是决定其能否被同化及同化效果好坏的关键之一,而卫星平台环境变化和星上到地面进行数据传输时的误码都会直接影响观测资料精度和稳定性,从而影响资料的同化效果。为了解决这一问题,建立了多源遥测参数质量控制模型。首先从星上直接获取的FY-3C MWHTS原始数据包出发,对解码后影响仪器性能的各类遥测参数进行长时间(5年半)序列时变特征分析,建立质量控制方案,完成了多源遥测参数质量控制技术的开发;再从仪器定标原理和观测机理出发,提取直接影响MWHTS定标精度的5个关键参数(热源黑体温度、仪器温度、热源黑体观测计数值、冷空计数值和扫描周期),利用MWHTS实际观测亮温和快速辐射传输模式RTTOV正演模拟结果 (O-B)对关键参数敏感性进行分析。结果表明,扫描周期质控对O-B结果影响最大,仪器温度质控的影响最小。基于敏感性分析结果得到五个关键参数对仪器定标质量的评分准则,用百分制对FY-3C MWHTS逐通道逐扫描线逐像元观测亮温进行评分,构建了MWHTS质量评分体系来刻画仪器观测数据的定标质量以保证数据的定量应用。该质量控制模型已经用于FY-3C MWHTS业务数据处理中,逐条扫描线逐通道逐像元的评分结果也写入到仪器L1级数据中对全球实时业务发布。

关键词：风云三号C星 MWHTS 质量控制观测亮温评分遥测参数

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风云二号可见光通道噪声分析

气象 1998年第8期24卷 26-28页

作者：谷松岩国家卫星气象中心

通过空间结构函数分析法，分析了风云二号扫描辐射计可见光通道的噪声。计算结果表明，风云二号扫描辐射计可见光４个通道的噪声水平不完全一样，其中通道１的等效噪声计数值最大，为０．５１，其它３个通道的等效噪声计数值为０．４２... 详细信息

通过空间结构函数分析法，分析了风云二号扫描辐射计可见光通道的噪声。计算结果表明，风云二号扫描辐射计可见光４个通道的噪声水平不完全一样，其中通道１的等效噪声计数值最大，为０．５１，其它３个通道的等效噪声计数值为０．４２～０．４５。

关键词：扫描辐射计噪声空间结构函数可见光通道遥感