GMI亮温资料RFI信号影响因子分析

利用全球降水测量(Global Precipitation Measurement,GPM)卫星上搭载的微波成像仪(GPM Microwave Imager,GMI)的一级亮温数据,通过谱差法识别被无线电频率干扰(radio frequency interference,RFI)污染的典型陆地地区,确定欧洲、东亚和南美作为主要研究区域,进一步分析RFI与卫星方位角、太阳方位角和太阳天顶角之间的关系,讨论RFI的影响因子。结果表明:水平极化方式下受RFI影响的区域范围比垂直极化方式下的范围更广;相对于强RFI信号分布对应的较宽的卫星方位角区间,存在RFI的像素点对应的太阳方位角和太阳天顶角角度区间范围较为集中;当RFI强度较弱时,垂直极化方式下的RFI的像素点远多于水平极化方式下的RFI像素点,但随着RFI强度的增强,水平极化方式下的RFI像素点多于垂直极化方式下的RFI像素点,且强度越大则两种极化方式下的RFI像素点数量差距越大。     

基于南太平洋的AMSR2L1R亮温数据质量评估

本文基于环境场较为稳定的南太平洋目标海区,以海洋大气微波辐射传输模型(Radiative Transfer Model,RTM)模拟亮温作为参考值,对2015年1月1日—2017年12月31日的高级扫描微波辐射计(Advanced Microwave Scanning Radiometer 2,AMSR2) L1R亮温数据产品进行了质量评估。结果表明AMSR2 L1R所有通道亮温数据总偏差和标准偏差的变化范围分别为1.466～6.352 K、0.270～1.693 K,其中标准偏差在水平极化通道较大的同时随着频率的增大而增大。相比同类遥感器如全球降水测量微波成像仪(Global Precipitation Measurement Microwave Imager,GMI)等的质量分析结果,AMSR2亮温数据的标准偏差较小,这表明AMSR2亮温数据精度较高。对AMSR2 L1R亮温数据3年长时间序列的变化趋势分析表明所有通道亮温偏差均在±0.5 K范围内波动但是存在微弱的季节性变化,标准偏差随时间的变化较小,这表明AMSR2 L1R亮温数据质量较为稳定。     

基于Jason-2校正辐射计的降雨率估计算法研究

采用Jason-2校正辐射计的亮温数据与GPM Ku波段测雨雷达的降雨率数据,开展基于Jason-2校正辐射计的降雨率估计算法研究。为避免波束填充效应,对Ku波段测雨雷达降雨率数据进行网格化处理,分别构建3×3,5×5及7×7网格的建模数据集和验证数据集,通过建模数据集建立了3种基于校正辐射计的降雨率估计算法研究,并通过验证数据集进行检验。结果表明:对GPM Ku波段测雨雷达的降雨数据进行3×3,5×5及7×7的网格化处理,可以在降雨率估计算法研究时有效避免波束填充效应,7×7网格化处理方法效果最优。对3种不同的算法比对,发现利用校正辐射计3个通道亮温信息的线性组合形式估计降雨率效果最优,相对偏差可达42.33%。     

HY-2微波辐射计降雨条件下海面风速反演算法研究

由于降雨改变了海洋-大气的辐射/散射特性,长期以来星载遥感器在降雨条件下进行海面风速信息提取存在困难。本文针对自主海洋动力环境卫星海洋2号（HY-2）搭载的扫描微波辐射计,分析了不同频段亮温对降雨和海面风速敏感性,自此基础上获得了一种对降雨不敏感的亮温通道组合,该亮温通道组合对海面风速的敏感性甚至高于原有亮温通道。本文利用该亮温通道组合建立了降雨条件下的风速反演算法,并将反演结果与WindSat全天候风速产品、HY-2微波辐射计原有风速产品以及浮标实测数据进行了比较。结果表明本文算法在降雨条件下的反演误差小于2m/s,明显优于原有HY-2微波辐射计风速产品,验证了本文发展的算法在降雨条件下的风速反演能力。     

基于星载微波辐射低频双极化通道观测数据的微波辐射传输模型

微波辐射传输方程是海洋-大气微波遥感的理论基础,本文基于晴空条件下AMSR-E 10.7GHz水平与垂直极化亮温数据,将平静海面的亮温观测结果与4种海水相对电容率模型和2种大气水汽吸收模型的计算结果进行比较,确定了海水相对电容率模型与水汽吸收模型,基于上述模型和实测亮温数据反演了风致各项同性海面发射率,其与已有的经验模型结果基本一致,由此建立了星载微波辐射传输模型;利用建立的辐射传输模型计算亮温与AMSR-E观测亮温分别反演了海表面温度与海表面风速,验证了所建微波传输模型的有效性。本文的研究结果可为星载微波辐射计亮温定标、海洋地球物理参数提取奠定基础。     

基于星载微波辐射计的海洋大气参数反演算法研究

利用3个辐射传输模式对无冰无降水情况下的星载微波辐射计亮温测量进行仿真研究,通过模拟计算结果与同步卫星数据之间的比较分析,确定了用于反演算法研究的前向模式;利用该模式,提出了基于物理的星载微波辐射计海洋大气参数(包括海面风速、海表温度、大气垂直积分水汽量以及积分液态水量)多重线性回归算法。     

HY-2卫星扫描微波辐射计数据反演北极海冰漂移速度

本文基于最大互相关法,利用海洋二号（HY-2）卫星扫描微波辐射计37 GHz通道多时相垂直极化亮温数据,获取了北极海冰漂移速度。采用2012年和2013年国际北极浮标计划海冰现场观测数据,对利用微波辐射计亮温资料反演的冬季北极海冰漂移速度进行了定量验证,结果表明:流速和流向均方根误差分别为1.12 cm/s和16.37°,从一定程度上说明了HY-2卫星扫描微波辐射计亮温数据反演海冰漂移速度的可行性。此外,使用美国国防气象卫星F-17搭载的专用微波成像仪91 GHz通道垂直极化亮温,采用高斯拉普拉斯滤波方法进行处理,结合最大互相关法反演的海冰漂移速度,优于法国海洋开发研究院海冰漂移速度产品。     

一维综合孔径微波辐射计遥感海面温度的敏感性分析

一维综合孔径微波辐射计能够有效提高观测的空间分辨率,其观测入射角通常在0°~55°范围内变化。为了开发适用于一维综合孔径微波辐射计的海面温度反演算法,需要评估其观测亮温对海洋大气环境要素的敏感性。利用海面发射率模型和大气辐射传输模型,构建了适用于一维综合孔径微波辐射计的微波海洋大气辐射传输模式,研究了C波段垂直和水平极化微波辐射亮温在不同入射角下对海洋大气环境要素的敏感性变化情况,并定量计算了相应的敏感系数。结果表明:垂直和水平极化亮温对海洋大气环境要素的敏感性表现出不同的特性。随着入射角的增大,垂直极化亮温对海面温度的敏感性增强,对海面风场的敏感性相对减弱;水平极化亮温则相反。由大气水汽含量和云液态水含量误差引入的垂直和水平极化亮温误差随入射角增大而增大,但是,即使在55°的大入射角下垂直和水平极化亮温误差仍小于0.12 K。对于海面温度反演精度优于1 K的要求,一维综合孔径微波辐射计的测温精度需优于0.6 K。研究结果对于一维综合孔径微波辐射计海面温度反演算法的研究和载荷设计具有一定的理论指导意义。     

利用专题微波辐射成像仪(SSM/I)检测东南极陆面亮温变化

介绍了微波辐射测量面目标表面亮度温度的原理,分析了冰雪的微波辐射特性与亮温特征。利用专题微波成像仪 (SSM/I) 数据研究了 1988 年 1－8 月份东南极内陆冰雪表面亮温变化。首先根据 37 GHz 水平极化辐射亮温 175 oK 等温线推算南极大陆冰外缘线,然后利用 37 GHz 数据计算分析了东南极内陆 1988 年年内 1－8 月的地面亮温均变化。结果表明在东南极内陆的地面亮温年内月均变化不大;在东南极的边缘,其受大洋季候风变化影响发生很大的变化。     

一种改进的扇形波束旋转扫描散射计海面风矢量反演算法

扇形波束旋转扫描散射计（RFSCAT）是约十年前才被提出来的一种新型星载微波散射计。与其它旋转扫描散射计类似,其星下点附近区域和刈幅边缘区域的风场反演误差相对较大。在本文设定的参数条件下,RFSCAT散射计刈幅边缘区域的风向反演精度相对于轨道中间区域降低了约9°。针对这一问题,本文为RFSCAT散射计提出了一种改进的风矢量反演算法。新算法的主要特征是,根据风向反演偏差直方图,在整个刈幅区域内,对模糊解风向取值区间进行自适应扩展,以获取并保留更多可能风向解。利用模拟的100条轨道的L2A数据,对新算法进行反演验证。实验结果证明,新算法能够有效改善RFSCAT散射计星下点附近区域和轨道刈幅边缘区域的风向反演精度。星下点和刈幅边缘上的风矢量单元的风向反演精度相对于标准的MLE算法分别提高了1.6°和9°。     

台风天气条件下地基微波辐射计反演产品精度分析

利用中国气象局上海台风研究所台风试验获取的4个典型台风个例数据,对地基微波辐射计反演的温度、水汽密度廓线与同址GPS探空资料得到的廓线进行对比分析,发现二者的温度、水汽密度相关系数分别为0.988、0.928。微波辐射计的探测精度在不同高度上有很大差异,整体来说,在高层温度探测精度较优于低层,而在低层水汽密度探测精度较优于高层。进一步研究表明,探测水汽密度精度与降水强度存在显著的正相关,而与风速及相对台风位置没有明显的关系。经计算,21组水汽密度廓线均方根误差与对应时段降雨强度的相关系数为0.912。本研究定量化地展示了微波辐射计在台风天气条件下对温度的探测精度相对比较高,且对水汽密度的观测质量有一定的可靠性和可用性,这一研究为今后将微波辐射计用于观测台风、锋面等强对流天气系统的大气温度湿度结构提供可靠性依据。     

SMAP卫星辐射计在中国近海及沿岸的RFI特征分析

射频干扰RFI(Radio-Frequency Interference)的校正和抑制一直是微波遥感研究领域的重要问题之一。本文基于SMAP卫星2015年5月1日至5日L波段辐射计亮温数据对中国近海及沿岸的射频干扰进行了特征分析。研究发现RFI分布不均匀,主要集中在城市群及其周边地区;通过对比辐射计天线接收的亮温数据与射频干扰校正和抑制后的数据,发现研究区域主要的射频干扰(95%)的平均值为1.4 K,整体射频干扰平均值为2.5 K,标准差为6.5;研究区域中不同波段和极化的数据受到射频干扰影响较为相似,受射频干扰影响最大的是升轨的垂直极化数据,受影响最小的是升轨的水平极化数据。     

南海盐致环流对台风降水的响应特征分析

本文采用多源卫星遥感数据通过统计分析的方法研究了17年间(2000—2016年)南海夏季(6—9月)台风对该海域降水、淡水通量的贡献及其可能导致的环流异常。主要结论如下: 1) 台风是南海中北部降水的重要影响因子, 可导致日平均降水量增加12mm, 约占南海夏季日平均降水(25mm·d ^-1)的一半, 且西北太平洋台风和南海“土台风”产生的降水分布存在显著的区域和强度差异; 2) 夏季, 南海由淡水通量引起的盐致环流表现为以海南岛东南部海域为中心的弱气旋式, 其流量量级约为-0.15Sv, 约占同期风生环流流量(约为-1.5Sv)的10%; 3) 夏季, 台风带来的降水使得南海中北部的气旋式盐致环流增强, 且西北太平洋台风降水导致的淡水通量变化引起的盐致环流强度要强于南海“土台风”。     

GPM微波成像仪资料同化对台风“麦德姆”路径预报的影响研究

基于中尺度数值模式WRF及其三维变分同化系统,自主构建了新的探测仪器GMI(Global Precipitation Measurement (GPM) Microwave Imager)的同化模块。本文以2014年太平洋台风季中台风“麦德姆”为例,实现了GMI资料在登陆台风中的有效应用。试验结果表明:晴空条件下GMI资料同化能够对模式背景场中的台风位置进行有效修正。与没有同化该资料的控制试验相比,同化GMI微波成像仪资料可以有效改进台风暖心结构的分析,同时使得台风涡旋环流结构增强,并进而提高了对台风路径的预报水平。     

Sea surface temperature retrieval based on simulated microwave polarimetric measurements of a one-dimensional synthetic aperture microwave radiometer

Compared with traditional real aperture microwave radiometers, one-dimensional synthetic aperture microwave radiometers have higher spatial resolution. In this paper, we proposed to retrieve sea surface temperature using a one-dimensional synthetic aperture microwave radiometer that operates at frequencies of 6.9 GHz, 10.65 GHz,18.7 GHz and 23.8 GHz at multiple incidence angles. We used the ERA5 reanalysis data provided by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts and a radiation transmission forward model to calculate the model brightness temperature. The brightness temperature measured by the spaceborne one-dimensional synthetic aperture microwave radiometer was simulated by adding Gaussian noise to the model brightness temperature.Then, a backpropagation(BP) neural network algorithm, a random forest(RF) algorithm and two multiple linear regression algorithms(RE1 and RE2) were developed to retrieve sea surface temperature from the measured brightness temperature within the incidence angle range of 0°–65°. The results show that the retrieval errors of the four algorithms increase with the increasing Gaussian noise. The BP achieves the lowest retrieval errors at all incidence angles. The retrieval error of the RE1 and RE2 decrease first and then increase with the incidence angle and the retrieval error of the RF is contrary to that of RE1 and RE2.     

台风“利奇马”引发山东极端暴雨的多尺度特征分析

利用常规气象资料、NCEP FNL 1°×1°再分析、风廓线雷达、云顶亮温(black-body temperature, TBB)及逐时自动气象站降雨量资料,对2019年8月10—13日由台风“利奇马”引起山东极端暴雨的多尺度特征进行分析。结果表明：(1)此次台风特大暴雨主要为中低纬系统相互作用及台风倒槽本体直接影响产生,其与冷空气密切相关。冷暖空气交汇有利于山东大部地区稳定性降水长时间持续发生。冷空气从低层侵入暖湿气流底部,形成冷垫,使得暖湿气流在冷垫上滑行,加大降水强度。(2)低空急流指数的变化提前1 h预示了降水的出现及未来小时雨量的增减,其峰值出现预示着未来3 h的强降雨时段,即对强降雨时段的出现和雨强大小有一定的预示性,低空急流向低空的快速扩展对应着短时强降水的开始。可以用于强降水的短时临近预报。(3)Q矢量散度负值的强弱对于未来6 h的雨强大小有较好的指示意义。(4)淄博西河镇出现全省最大降雨量与其朝向东北的喇叭口地形和对流层低层东北风倒灌有关。(5)TBB场能较直观地反映强降水过程中降水的分布和强度。风廓线雷达超低空风场的变化对雨强大小和出现最大雨强的时段有着明显的指示...     

环境垂直风切变对0509号台风“麦莎”的影响分析

利用多种卫星观测资料和NCEP/NCAR提供的风场资料等,分析了环境垂直风切变对0509号台风“麦莎”的强度、对流和降水结构的影响。结果表明:在台风“麦莎”整个生命史中,垂直风切变与其强度之间关系非常密切,但垂直风切变不是影响其强度变化的唯一因素;“麦莎”登陆前及登陆后在垂直风切变作用下,强对流和强降水均位于顺切变方向及其左侧,对流和降水呈1阶非对称分布。