边界层温度廓线遥感反演的本地化改进研究

采用MODIS资料和美国发展的MODIS大气温、湿度廓线统计反演算法,估算大气温度、湿度廓线作为初始场,应用101层快速透过率模式(PFAAST)估算了大气透过率,并采用Newton非线性迭代算法反演中国西北荒漠戈壁地区大气温度廓线。结果表明:该方法对边界层高度及以上部分的大气温度反演得比较好,误差基本都在2 K范围内,边界层范围内的温度反演误差较大,反演误差与气溶胶光学厚度增量和地表温度估算误差呈显著正相关关系,与大气水汽混合比的关系较差。文中从敏感性试验和理论分析角度阐述了地表温度和气溶胶光学厚度估算误差对大气温度反演误差的影响,发现不同光谱波段的地表温度权重均随地表温度的增加有不同程度增加,地表温度反演误差增加将增加地表温度权重,提高地表温度估算误差有助于提高地表温度权重的精度;荒漠戈壁地区大气边界层中气溶胶浓度较高,光学厚度较大,使边界层大气透过率降低,进而降低卫星红外遥感波段的地表温度权重和空气温度权重。由于该模式没有很好地考虑边界层中沙尘气溶胶的影响,使卫星反演的大气透过率偏高,以至于高估地表温度权重和大气温度权重,使得反演的表面温度和空气温度偏低。该研究结合太阳光度计获得的光学厚度资料,采用统计方法对气溶胶效应引起的大气透过率误差和表面温度估算误差进行校正,并对物理算法进行本地化改进,实现了边界层温度廓线的反演。     

6.3μm附近水汽通道的选择

本文用LOWTRAN 6程序计算了5.7—7.1μm和6.5—7.6μm两个水汽通道的透过率、射出辐射及权重函数,并将两者加以比较,探讨降低水汽通道探测高度的可能性。     

红外长窗区大气透过率的测量

本文简要地介绍了卫星气象中心红外长窗区大气透过率测量的实验装置、数据处理方法。处理了10.3—11.3μ,10.5—12.5μ,11.5—12.5μ3个气象卫星遥感仪器通道的大气透过率数握,并对处理结果进行了初步分析。对测量误差进行了初步估计,其透过率的均方根误差大约为1％。     

北京红外窗区大气透过率观测

文章总结了１９９０－１９９５年对红外窗区大气透过率的观测结果，以实测整层大气透过率与理论模拟计算透过率作了对比，并对大气中的水汽，微量气体和大气污染物对透过率的影响作了初步分析。     

西藏羊八井和纳木错太阳辐射特征分析

为了研究青藏高原地区太阳短波辐射,特别是其与大气因子、天空状况定量关系对高原辐射收支及其对东亚天气气候的作用,利用羊八井和纳木错2个高原腹地站一年的高时间分辨率观测资料并结合NCEP/DOE再分析资料,分析了太阳总辐射的变化特征,并通过短波通量透过率分析了各因素对短波辐射的作用.结果表明,羊八井和纳木错晴天通量透过率均较高,分别达0.807和0.817,且变动性很小,与两站地形高度和纬度有明显关系;云的存在使两站接收到的短波辐射的差异减小,羊八井和纳木错的年平均通量透过率分别为0.674和0.675,高原云的存在与变化使通量透过率产生强烈的时间变化.与地面观测的太阳短波辐射资料相比,在完全无云的晴天,NCEP同化太阳短波辐射资料对高原地区的模拟效果较好,但存在偏小的误差,羊八井和纳木错分别平均偏小5.74％和8.49％;考虑云天后,NCEP再分析值与实测值对比关系的离散度大,并总体偏高,在应用时需特别注意.     

东亚地区高分辨率物理反演方法的数值试验;内部比较研究

为了考察同步物理反演法(Simultaneous physical retrieval method,简称SPRM)的性能,本文着重在反演方法、红外大气透过率算法效应以及SPRM对不同初估值的依赖性三方面,进行了内部比较研究。结果表明:使用透过率调整算法,可以在一定程度上改善物理反演法精度:SPRM的反演精度对初估值的依赖性比统计回归反演法(Statistical regression retrievalmethod,简称SRRM)弱;本阶段SPRM温度反演试验,就大范围纬向平均而论,尚不及改进的SRRM的精度,但在探空资料稀少地区同步物理反演的气象场结构略优于SRRM。     

卫星遥感地面紫外辐射的参数化方法

提出了一个从卫星观测推算地面UVB辐射通量密度和红斑生物紫外辐射剂量的新的参数化方法。该方法基于一个简单的模式:大气辐射传输介质被简化成三个等效层:臭氧单独构成的吸收层，空气分子、云和气溶胶粒子组成的散射层，以及地面反射层。地面紫外辐射通量密度和生物紫外辐射剂量可以由臭氧层的等效透过率、散射层和地面的联合反射率计算。臭氧层的等效透过率可由大气臭氧总量计算。散射层和地面的联合反射率可由不存在臭氧吸收的紫外或可见光通道的反射辐射强度测量得到。该反演算法形式简单，只包含很少几个可从卫星测量获得的参数。它通过了一个可靠而相对复杂的基于DISORT的紫外辐射传输模式的检验。在广泛的计算条件下，包括晴天、云天、以及混浊大气，用这个简单算法计算的地面紫外辐射通量密度和红斑生物紫外辐射剂量与精确算法的结果相差无几。另外，还实际运用这个算法利用卫星观测资料反演地面紫外辐射通量密度，与地面实际观测资料做了比较，符合较好。     

基于梯度提升树的大气分层透过率快速计算方法

大气透过率的计算是红外辐射传输计算的核心,RTTOV(Radiative Transfer for TOVS)通过建立大气廓线中温度、水汽、臭氧和其他气体浓度等参数与卫星通道透过率的统计关系,可实现卫星通道透过率和大气顶辐射率的快速准确计算。但在一些复杂吸收波段,如水汽波段,RTTOV的计算误差较大。为提高RTTOV在水汽敏感波段的计算精度,利用机器学习中的梯度提升树(Gradient Boosting Tree,GBT)方法,选取从ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的IFS-137(The Integrated Forecast System,137-level-profile)廓线集中挑选的1406条廓线和由此计算的透过率真值作为样本,选取风云三号气象卫星上搭载的红外分光计(Infra Red Atmospheric Sounder,IRAS)通道12(7.33μm)进行个例研究,分别建立陆地和海洋晴空大气等压面至大气层顶透过率的快速计算模型(GBT模型)。通过和透过率、亮温真值的比较,验证了GBT模型...     

CO_215微米带大气透过率的计算

本文用直接积分的方法计算了CO_215微米带在水平大气路径和垂直大气路径上的透过率,并得出了一个能迅速和精确地计算CO_215微米带垂直路径大气透过率的模式的系数。     

CO2 15微米带大气透过率的计算

本文用直接积分的方法计算了CO_215微米带在水平大气路径和垂直大气路径上的透过率,并得出了一个能迅速和精确地计算CO_215微米带垂直路径大气透过率的模式的系数。