THE STUDY OF RETRIEVAL THEORY AND METHODS FROM SATELLITE REMOTE SENSING FOR METEOROLOGICAL PARAMETERS OVER EASTERN ASIA—PART Ⅱ:ISPRM AND VSPRM2

Based on the practice of improved simultaneous physical retrieval model(ISPRM),in the lightof the functional analysis approach,the variational simultaneous physical retrieval model(VSPRM)has been developed.Its approximation of 1st degree is VSPRM1,which is identicalwith the ISPRM.Its approximation of 2nd degree is VSPRM2,more advanced than the VSPRM1.This paper has analyzed the function of VSPRM2,pointing out the potentiality of synergy retrievalof this model.Also,it has dealt with the problem of parameterization of water vapor's kernelfunctions and retrieval of water vapor remote sensing.Because of the characteristics of this strong ill posed inverse problem,prior information mustbe used wisely in order to get the accurate calculation of radiance R.In the previous paper,wediscussed how to build the best first guess field,the way to determine the P_s and to correct thecalculation of radiance.In this paper,we continue discussing in depth about the calculation oftransmittance,the determination of surface parameters and the selection for an optimumcombination of channels for the low-level sounding.The long-term experiment and comparison work under operational environment have shownthat the ISPRM is useful for retrieval of temperature and water vapor parameters over Chinaincluding the Tibetan Plateau,and it further proves the scientific nature of well-posed inversetheory.     

利用MSU序列研究高空大气温度变化的进展

美国NOAA卫星上搭载的微波大气探测仪MSU以及后续继承改进仪器AMSU,自1978年投入运行以来,已经积累了超过30年的全球大气温度的观测资料。近年来,国外学者通过仪器定标误差订正、卫星轨道衰减订正、观测时间差异导致的温度日变化订正、仪器间的相互定标处理等技术,发现并剔除了一些影响较大的非气候因素,提高了该序列资料的质量,并用于全球气候变化研究,特别是对流层和平流层近30年的温度变化研究,研究结果是对常规地面和探空资料分析结果的重要补充。本文对目前国际上3种常用的MSU序列资料集的定标误差、偏差订正和不同卫星上仪器观测序列的一致化处理方法进行了综合介绍,并比较分析了3种资料用于30年高空大气温度变化趋势分析的异同。     

非线性洋面温度反演

本文从辐射方程出发，简述洋面温度与亮度温度之间的非线性关系，进行非线性洋面温度反演的方案设计，用正演算法 计算出非线性洋面温度反演公式的回归系数，对样进行检验。     

基于DVB-S数据共享平台的NOAA/ATOVS资料获取、处理与显示系统

充分利用国家科技部大力推行的DVB-S共享数据平台,加强气象卫星遥感数据的广泛应用,特别是发挥卫星垂直探测器(ATOVS)资料在我国数值天气预报以及监测重大灾害性天气系统中的作用。该文介绍了基于DVB-S系统的NOAA/ATOVS资料的处理、分析与显示系统的概况及主要功能,并以2005年7月人们关注的台风“海棠”为个例,展示了利用该系统在监测和分析台风或强对流天气时的独特优势。该系统的建立,将解决省、地气象部门不能实时获取ATOVS资料的问题,并将推动ATOVS资料在气象以及相关部门的实际应用。     

区域极轨卫星ATOVS辐射偏差订正方法研究

近年来,卫星辐射资料在数值天气预报(NWP)系统中的直接同化研究取得了长足进展.为了利用TIROS业务垂直探测器(ATOVS)的辐射资料,必须对卫星观测辐射值的系统性偏差进行订正.在ECMWF原全球TOVS辐射偏差订正方案基础上,结合ATOVS资料特征和中国的实际情况,建立了适用于区域NOAA-15/16/17极轨气象卫星ATOVS辐射资料的偏差订正方案.该方案偏差订正分两步进行:首先进行扫描偏差订正,然后进行气团偏差订正.扫描偏差是临边测量相对于星下点测量的系统偏差,统计显示该种偏差具有一定的纬度依赖性,所以订正时按每10度的纬度带分别进行订正.气团偏差订正主要就是根据当时的天气条件进行订正,而天气条件一般用预报因子来定量表示.文中从中国国家气象中心T213背景场导出预报因子:(1) 1000-300 hPa的厚度,(2) 200-50 hPa的厚度,(3) 模式地表温度,(4) 总可降水量.模式预报因子的使用从观念上将对观测值的订正变为对计算前向辐射值的订正问题.试验结果表明,订正结果显著.     

利用高光谱红外探测资料反演大气参数

文章介绍了红外高光谱的卫星探测技术以及利用现有的机载和星载高光谱资料的反演方法，着重讨论了美国NASA地球观测系统上携带的大气红外探测仪AIRS的反演方法。     

东亚地区气象参数卫星遥感反演理论和方法研究Ⅱ:ISPRM和VSPRM2

在改进的同步物理模式（ＩＳＰＲＭ）实践基础上,根据泛函数变分原理,按ＴＯＶＳ遥感方程,提出了较普遍的变分同步物理反演模式（ＶＳＰＲＭ２）,其一级功能（ＶＳＰＲＭ１）和ＩＳＰＲＭ完全相同。ＶＳＰＲＭ从协合（ｓｙｎｅｒｇｙ）遥感反演机理,进一步拓宽和发展了ＩＳＰＲＭ模式。分析了ＶＳＰＲＭ２模式性能,指出这类模式的反演潜力。特别着重分析了模式的水汽核函数参数化和水汽遥感反演问题。针对这类非适定反问题的强欠定性质,为妥善使用先验信息,以获得精确的正演辐射率Ｒ。,还对透射率精确计算,低层温、湿廓线反演通道最佳选择和云层影响修正的改进作了进一步分析。经过长期业务运行条件反演比较实验,结果表明改进的物理反演方法（ＩＳＰＲＭ）是适于中国大陆包括青藏高原温、湿参数分布的反演方法,特别在有云条件下能反演出温、湿廓线。     

中国区域典型大气廓线样本库的一种选择方法

在模拟大气辐射传输过程、发展大气透过率模式及反演大气参数等许多应用中,大气状态廓线是重要的输入参数,为方便使用,建立具有一定代表性的样本数据库十分必要。目前,国际上有几十种各具特色的大气样本库,但包含中国区域的样本极少。为了弥补国际大气样本库中缺少中国区域大气廓线的不足,以中国区域2002年气象探空资料为基础,利用拓扑学方法建立了包含30条大气温度和湿度廓线的中国区域大气廓线样本库2。通过对所选样本的覆盖区域、观测时间、海拔高度、廓线垂直分布等特征分析,结果表明:该样本库具有样本时空分布均匀、样本独立性和气候代表性好等特点,符合大气样本库建立的基本原则,可为辐射传输研究和业务应用提供大气样本支持。     

RETRIEVING ATMOSPHERIC TEMPERATURE FROM NOAA-15 ATOVS MEASUREMENTS

This paper describes briefly the sounding capabilities of TOVS/ATOVS onboard the NOAApolar-orbiting meteorological satellites,followed by a more detailed review of the retrievalschemes.The ICI physical retrieval scheme with some adaptations is implemented in ourexperiment.The analyses of the Chinese regional NWP model are utilized to create a rolling libraryof initial guess field.Retrieval results validated against both NWP analyses and radiosondesindicate good agreement between ICI retrievals and conventional observations.Preliminary resultfrom the PC-ATOVS Windows display system of NSMC will also be shown.     

星载大气探测激光雷达发展与展望

从最早的星载激光雷达空间技术实验LITE出发,回顾了已成功发射的多颗星载激光雷达发展历程。详细阐述了LITE、CALIPSO等星载激光雷达在大气遥感领域,特别是气候环境变化和数值预报模式研究上所取得的成就。主要从全球气溶胶垂直结构及其辐射强迫、全球云垂直结构和特征、气溶胶-云-降水相互作用和气溶胶数据在雾-霾和沙尘天气预报中的应用等4个方面进行展开说明,并且深入分析了未来星载激光雷达在大气风场和大气成分探测方面所面临的需求和挑战。在大气风场探测需求方面,结合星载激光雷达探测优势从提高热带地区的天气预报准确率、提高非地转条件下中小尺度短时临近预报水平和填补卫星高/低空急流监测技术空白等3个方面进行详细论述。在大气成分探测需求方面,与传统被动探测仪器相比较,突出激光雷达在信噪比、CO2垂直结构和夜间探测上的明显优势。最后,指出全球风场和大气成分探测将成为未来星载激光雷达的重要发展方向。