AMSR-E卫星资料陆面干扰的气候特征分析

先进微波辐射计(AMSR-E)的低频特性使其更容易受到无线电频率干扰(RFI),本文首先对比了谱差法和双主成分分析(Double Principal Component Analysis,DPCA)方法这两种RFI识别算法的差异,验证了DPCA方法的适用性,然后选用DPCA方法对2002年9月—2011年9月AMSR-E陆面升轨亮温月平均数据中的RFI进行识别,并分析其多年变化特征。DPCA方法可以有效地识别出AMSR-E全球范围内陆地亮温数据中的RFI分布情况。识别结果显示:1)C波段中的RFI主要分布在美国、东亚及印度—阿拉伯半岛地区;X波段主要分布在欧洲及东亚地区。2)各区域的RFI空间位置及强度随时间会发生变化,其原因可能是由于基础设施及使用无线电频谱的变化造成。3)不同区域月平均亮温数据中识别出的RFI信号数量存在季节变化,并且C波段中识别出的RFI数量随时间减少,X波段中随时间增加。     

机载微波辐射计亮温数据中RFI识别方法研究

机载微波辐射计(G-band water Vapor Radiometer,GVR)在使用过程中发现存在无线电频率干扰信号(Radio-Frequency Interference,RFI),为准确使用数据,需对干扰信号进行识别和订正。在分析多种RFI识别方法在GVR数据中的适用性基础上,根据GVR探测及定标原理提出适用于GVR的RFI识别和订正方案。采用该方案对天津市2016年11月20日一次GVR亮温数据进行识别和订正,结果表明,该方法能较好的识别出各通道亮温数据中的RFI信号;RFI存在于多个通道中,时空分布无规律,具有随机性,为干扰源确定带来较大困难;RFI在亮温数据中除少数以孤立点形式存在,多数为连续干扰点,连续干扰点越多,订正效果越差,当连续干扰点较多时建议剔除该部分数据。RFI订正前后的反演结果对比分析表明,多数情况下,RFI的存在使得垂直累积水汽和垂直累积液态水含量值被高估,少数值被低估,单个通道做订正对反演结果的影响不同。     

大面积水体上空星载微波辐射计的干扰识别

卫星微波仪器接收的来自地气系统的被动热辐射与主动传感器发射的信号相混合,被称为无线电频率干扰 (RFI),在主动及被动微波遥感探测领域已成为越来越严重的问题。海洋表面反射的静止通讯、电视卫星下发信号是干扰海洋上星载被动微波辐射计观测的主要来源。该文以先进的微波扫描辐射计AMSR-E为例,采用双主成分分析方法对美国陆地上大面积水体、附近洋面和中国海岸线附近的RFI进行识别,研究表明:美国附近洋面区域星载微波辐射计18.7 GHz通道观测主要受静止电视卫星DirecTV的干扰,由于海表反射引起的RFI非常依赖于静止卫星和星载被动仪器的相对几何位置,只有当闪烁角θ(观测视场镜面反射的静止电视卫星信号方向与视场到星载仪器方向之间的夹角) 较小时卫星观测易受到污染。美国海洋区域较强RFI分布在五大湖区域,离内陆越近RFI越强,东西海岸RFI较强,而整个南海岸干扰相对较弱。中国海岸线附近AMSR-E 6.925 GHz通道观测受RFI影响,而18.7 GHz通道观测未受到干扰。     

东亚陆地星载微波成像仪新增通道观测质量评估

基于2014年8月1—16日AMSR-2的观测资料,采用谱差法重点对东亚陆地低频7.3 GHz的无线电频率干扰(RFI)进行识别与分析。研究发现,东亚地区7.3 GHz通道观测存在无线电频率干扰,其中韩国京畿道、大邱市,孟加拉国,越南及柬埔寨东南部地区的干扰源是稳定、持续的地面主动源。日本地区7.3 GHz通道RFI仅出现在AMSR-2升轨观测上,而降轨观测则几乎不受干扰,且RFI污染区出现的位置与强度随时间及辐射计扫描角度周期性变化,探究其污染源,发现主要来自地面反射的静止通信/电视卫星信号对星载微波被动传感器观测的干扰。     

一次锋面气旋云系中强对流云团的识别

利用NOAA-16/AMSU-B微波亮温资料和GOES-9光学遥感资料对2004年6月16日一次锋面气旋云系中的强对流云团进行识别, 尝试了NOAA-16/AM SU-B微波两窗区通道亮温、3个微波水汽通道间亮温差, GOES-9红外亮温阈值、水汽和红外通道亮温差、红外和水汽通道亮温多光谱逐个修改聚类等方法, 通过比较各种方法的识别结果, 分析各种识别技术的特点, 同时采用地面常规观测资料进行叠加, 对识别方法进行了验证。结果表明:微波对强对流云团均能较好识别, 但89 GHz通道亮温受地表影响较大, 不能很好剔除过冷水体, 150 GHz通道亮温与微波水汽通道间亮温差的识别结果较一致, 3个微波水汽通道间亮温差对阈值的依赖性相对较小; GOES-9红外亮温阈值因其随时空变化对识别结果会造成较大差别, 而水汽和红外通道亮温差对强对流云团能进行较好定位, 但识别范围较小, 多光谱逐个修改聚类方法对积雨云的识别效果较好, 且和NOAA-16/AMSU-B识别结果有较好的对应关系; 地面常规观测资料的叠加结果也说明, 多波段遥感资料对强对流云团的识别结果与当时的天气现象及积雨云状均有较好的对应关系。     

C波段多普勒天气雷达地物识别方法

地物回波对雷达数据应用会造成负面影响,是影响定量降水估测等产品精度的重要因素,识别并剔除地物回波是雷达基数据质量控制的一个重要内容。该文在现有S波段雷达地物识别方法的基础上,使用长治、哈尔滨两部CINRAD/CC雷达2011年观测数据,对C波段雷达地物回波特征进行分析,改进识别参量的隶属函数,建立适合C波段多普勒天气雷达的地物识别方法 (MCC方法),并对该方法进行效果检验。结果表明:S波段及C波段雷达地物回波与回波强度有关的参量分布较为相近,与降水回波的参量分布有明显区别;S波段雷达地物识别方法中与回波强度有关的参量可用于C波段雷达地物的识别,与速度有关的参量中仅中值速度可用于C波段雷达。通过统计分析与个例分析,相对于现有S波段雷达识别方法,MCC方法可显著提高C波段雷达地物回波的识别正确率,并可减少层状云降水回波的误判。     

《无线电频谱需求增加下的主动遥感发展战略》评介

正无线电频谱(Radio Spectrum)是频率介于0Hz和300GHz之间的电磁波谱,其中0.3~300GHz范围的波谱被称为微波,微波是科学界主动遥感主要使用的频谱范围。相比,被动遥感使用的波谱范围更为宽泛,即包括微波波段,也包括频率大于300GHz的可见光、红外、热红外等波段。同可见光、红外相比,微波的波长更长,因此微波能够穿透云层、雾、沙尘等,并且不受大气散射的干扰,几乎在所有天气和环境条件下都可以检测到微波能量。这也是主动遥感大都采用微波     

X波段双偏振天气雷达径向干扰回波订正算法研究

以肇庆市怀集站X波段全固态双偏振多普勒天气雷达观测的几次径向干扰回波资料为例,采用边缘识别法对存在干扰的径向进行识别,进而使用中值插值法和相关系数CC滤波法对干扰回波进行订正。结果表明:(1)当干扰径向附近出现毛刺时,毛刺回波无法识别,中值插值法将无法剔除毛刺回波。(2)若雷达存在径向干扰区域较为分散,中值插值法效果较好,而径向干扰区域多而集中,使用中值插值法会形成环状回波,效果较差。(3)相关系数CC滤波法无需事先进行干扰识别,且订正速度快,在固态雷达盲区内订正效果较差,盲区外订正效果较好。     

X波段双偏振雷达相态识别与拼图的关键技术

X波段双偏振雷达具有时空分辨率高、易于布网的特点,但散射特性差异和衰减影响使现有S波段雷达的相态识别和拼图算法不适用于X波段双偏振雷达。该文针对X波段相态识别及拼图产品的关键技术开展研究,提出基于准垂直剖面的融化层识别方法、基于数据质量的置信度阈值调整方法、基于统计的隶属函数参数改进方法和基于衰减程度的拼图融合方法。通过对比改进后可有效提升水凝物相态识别结果的可靠性和多雷达拼图结果的合理性。在2016年汛期北京典型个例中,融合后的X波段雷达网与当地S波段业务雷达相比能够提供更精细的回波结构和水凝物相态分布,有效缓解S波段雷达在近处探测能力降低的问题,识别的降雹区与地面观测相符。     

减轻工业干扰的探讨

无线电接收机的工作情况,除和接收信号的强度以及它本身的电气和机械性能有关外,还受外界各种干扰源的影响.干扰信号和有用信号一起进入接收机,若干扰很大,而且干扰频率和信号频率接近,接收机就不能正常接收.由于不少干扰频带很     

双偏振相控阵雷达误差评估与相态识别方法

选取2020年3—9月深圳求雨坛的X波段双偏振相控阵雷达探测数据, 与同位置的S波段双偏振雷达进行对比。通过一定限制条件定量分析引入误差的原因, 发现反射率因子Z_H和差分反射率Z_DR的标定误差和随机误差较大, 其中Z_H误差变化范围为-0.5~4.5 dB, Z_DR误差变化范围为-0.7~0.2 dB。在上述较大误差影响下, 传统模糊逻辑相态识别方法的水凝物相态识别结果不可靠, 因此根据不同相态的雷达参量特征范围以及融化层高度建立基本结构为二叉树的决策树相态识别方法。针对上述方法的实际应用效果, 分别从水凝物相态识别结果对误差的敏感性和空间分布的合理性进行评估, 结果表明: 决策树相态识别方法的水凝物相态识别结果稳定性高于模糊逻辑相态识别方法, 且在对流云中的水凝物相态分布更加合理, 能够发挥X波段双偏振相控阵雷达在研究云内水凝物相态演变的优势。     

AMSR-E数据参数化法反演液态云水路径研究

液态云水路径是气象学和云雾物理的一个重要参数,其定量测量对气候变化及灾害性天气的监测和预报均具有十分重要的作用.本文利用AUQA卫星携带的微波成像仪AMSR-E和中分辨率成像光谱仪MODIS确定微波极化通道亮温与大气含水量ω的关系,并改进双极化参数法.结果表明:利用AMSR-E的89.0 GHz和36.5 GHz微波极化通道亮温数据可直接反演液态云水路径,并可依据MODIS反演的大气含水量ω将反演分辨率估算至1 km.反演结果与MODIS云图路径吻合,与NCEP 1°×1°的6 h液态云水路径垂直积分总含量资料进行对比,表明反演结果误差小于0.04 kg·m~(-2).     

X波段双线偏振雷达冰雹识别初步研究

利用北京市人工影响天气办公室X波段双线偏振雷达2009年4—10月观测的不同降雨类型的资料,统计出下雨天ZH—ZDR的分布特征,给出了ZH-ZDR分布的分段函数表达式,在此基础上定义了X波段双线偏振雷达冰雹识别参量HDR,HDR〉0表示有冰雹,HDR〈0表示无冰雹,并指出电磁波的衰减会影响H_DR识别冰雹的结果。根据实际降雹情况和识别效果对比,结果表明HDR大于零的区域与地面降雹情况基本对应一致。     

星载微波辐射计反演洋面非降水云区云水总量的研究

云水总量(也可称为液水路径)是一个重要的气象学和云雾物理参数。星载微波辐射计是目前监测全球范围内云水总量分布和变化的最强有力的技术手段。但由于云水总量的实测资料太少,给反演研究带来很大的困难。在本工作中,根据微波辐射传输模式,模拟计算“人工”资料样本,建立了AMSR-E 18.7 GHz~36.5 GHz六个极化通道云天-晴天亮温差与云水总量的线性回归关系,初步对云水总量的反演作了定性的研究。     

基于TRMM的热带气旋降水云系多谱段辐射特征分析

利用TRMM卫星测雨雷达、微波成像仪和可见光/红外扫描仪的探测资料,以2006年第8号台风"桑美"为例,研究了热带气旋在海面上强烈发展时期的降水云系多谱段辐射特征,研究结果表明:可见光资料反映了云的厚度信息,红外(亮温)资料反映云顶高度信息,可以较好地反映台风云系所表现台风的外观,但对台风云系覆盖下的细节特征的探测能力则有限.微波有很强的穿透性,能揭示台风云系中各种粒子的三维分布特征.微波通道亮温与PR降水的相关远大于可见光和红外遥感的效果.不论是可见光、红外还是微波亮温,与高层降水的相关系数绝对值总大于其与低层降水的相关系数.可见光和近红外波段的辐射率与降水正相关,相关系数随频率减小而减小;中红外和两个红外分裂窗区的亮温与降水呈负相关,相关系数的绝对值随频率减小略有增大.TMI低频通道的亮温与降水正相关,相关程度随频率减小略有减小;TMI高频通道的亮温与降水负相关,相关系数的绝对值随频率减小而减小.     

基于数据特征的雷达径向干扰回波识别方法

通过对2020年1月广西新一代天气雷达基本反射率因子拼图产品中存在径向干扰回波的166个样本进行分析,提出一种基于径向数据特征分析的径向干扰回波识别方法:径向数据判定法(Radial Data Determine,RDD)。径向数据判定法方法通过建立4个特征参数来描述反射率因子纵向和横向的数据特征,基于决策树方法识别出径向干扰回波。运用径向数据判定法对该166个样本进行回算,发现径向数据判定法不仅能识别出小幅度的径向干扰回波,而且能有效识别出大幅度高强度的径向干扰回波,识别和滤除效果良好。经过对2019—2020年不同天气过程下的约3 784个样本(包括有或无干扰回波)进行了应用检验,同样发现径向数据判定法对径向干扰回波的正确识别率高,误识别损失小,具有良好的泛化能力和业务应用前景。最后,给出了径向数据判定法应用中存在的问题和未来工作展望。      

CRTM微波亮温模拟对地表和云参数的敏感性分析

利用快速辐射传输模式CRTM研究了微波地表发射率和微波亮温对地表参数和云参数的敏感性问题。首先利用实测的云南思茅地面和探空资料,通过CRTM正演了12个微波通道的地表发射率和亮温,与AMSR-E卫星亮温资料进行对比,分析了模拟亮温的正演误差,研究了地表参数对微波地表发射率模拟的敏感性,并重点分析了微波亮温对地表和云雨参数的敏感性。结果表明,地表参数中土壤湿度、地表温度和植被覆盖度三者对CRTM模拟亮温影响较大,而模拟微波地表发射率主要受土壤湿度和植被覆盖度的影响;有云雨存在时,降水云比非降水云的影响大。6种云中,雨云对模拟的影响最大。晴空条件下,大部分通道的正演亮温误差在3 K以内,垂直极化较水平极化误差小。低频通道比高频通道受地表参数影响大,受云雨影响小,垂直极化比水平极化更稳定。其中10.65 V通道几乎不受云雨影响,但对地表参数非常敏感。     

VSAT和卫星广域网

1卫星通信简述卫星通信属于微波通信的一种，主要工作在大气电波窗口的1—10GHz频段，其中又以6／4GHz的C波段为主。近年来，14／11GHz的Ku波段也开始使用，Ku波段与C波段相比其主要优点是与地面微波系统之间的干扰小，可使用小口径天线等，主要缺点是雨衰比较大。为了充分利用频率资源，卫星通信普遍使用了区域隔离技术和极化隔离技术。区域隔离技术通过过控制卫星天线波束的覆盖区域来达到复用频率的目的，极化隔离技术控制波束的极化方向，使指向同一区域的电磁波具有不同的极化特征，实现频率复用。KU波段大多采用线极化方式，有水…     

应用AMSU-B微波资料识别强对流云区的研究

微波遥感可以穿透云顶直接探测对流云内的冰态粒子分布,受冰晶粒子的强烈散射衰减作用,AMSU-B的3个微波水汽吸收波段亮温随冰粒子的增加而降低.由于探测权重高度不同,辐射传输过程中受冰粒子的散射影响也不尽相同,3个水汽通道之间存在亮温差异,这种差异与对流云的强弱密切相关.利用微波向量辐射传输模式(VDISORT)模拟了云雨粒子对微波水汽通道观测的影响,并利用2005年8月12日华北地区的对流天气过程,分析了AMSU-B通道亮温与对流强弱变化之间的对应关系.在此基础上,建立了一种利用NOAA卫星AMSU-B水汽通道亮温差定量判识深对流云和冲顶对流云的方法.利用该方法对典型对流降水云团进行判识,结果显示,微波识别的对流云区可以较好地表征强降水的分布,其中的冲顶对流区与可见光云系的上冲云顶结构有着很好的对应.     

极轨卫星接收机防微波干扰的一种技术方法

通过对卫星、干扰信号及天线有关技术参数的分析和计算，采用动态屏蔽法，解决极轨卫星接收机受强微波信号干扰的问题。