气象卫星发展回顾与展望

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。     

星载被动微波资料（SSM/I）在2008年南方冰雪灾害监测中的应用试验

2008年1月中旬至2月初,我国南方出现了罕见的大范围低温雨雪冰冻天气灾害.南方地区地面积雪的覆盖范围等灾害信息对于气象公共服务、决策服务都有着十分重要的意义.目前国内外开展的被动微波积雪研究,多关注高纬度、极地地区或高原地区的干雪状况,薄雪、湿雪的判识问题较少有人触及.而我国冰冻灾害期间,南方地区由于处于较低纬度带,昼夜温度在0℃上下起伏,雨、雪、雨夹雪天气的轮替,地面积雪恰恰多为湿雪、薄雪.积雪雪层由于液态水的存在将大大改变观测辐射信号,雪内少量液态水就能导致微波亮温值急剧上升.利用南方地区积雪冻融变化时微波亮温昼夜之间的差异变化,使用被动微波数据(DMSP-SSM/I)建立了对低纬度南方地区积雪监测的一种补充方法,结合其他积雪产品,可以获得更加完整的低纬度地区积雪分布信息.     

毫米/亚毫米波探测大气温度和湿度的通道选择

利用热带大气温湿廓线计算了热带地区毫米/亚毫米波段微波大气透过率权重函数。对权重函数峰值高度的分析结果显示:对流层低层的大气温度可以选择118 GHz通道的远翼频率来探测,而对高层大气温度进行探测时,选择425 GHz通道的远翼频率较为合适;在大气湿度探测方面,183 GHz通道组合适合探测对流层中层大气的湿度,高层大气湿度探测应该首先考虑380 GHz通道组合来实现。根据大气温度探测通道和大气湿度探测通道的权重函数分布,鉴于国内现有遥感仪器的制造水平,建议选择118 GHz 3个通道与425 GHz 8个通道共11个大气温度探测通道和183 GHz 3个通道与380 GHz 5个通道共8个大气湿度探测通道作为未来静止轨道微波探测的候选通道。     

利用TRMM／TMI资料提取地表层湿度信息试验

模拟分析了地表层湿度反演过程中地表及大气各种因素(卫星扫描角、地表粗糙度、地表植被覆盖和大气)对反演结果的影响情况;应用正演模拟技术得到了利用TMI低频10GHz通道微波极化比反演地表层湿度信息时,斜率和截距随像元植被覆盖度可调的反演方程;确定了反演方程中斜率、截距系数随像元植被覆盖度变化的对数关系和线性关系;反演技术中综合应用了多种途径获取到的被动微波像元中动态的植被覆盖信息;尝试了将这些因子用于地表层湿度反演的可行性;对于反演结果,研究工作中利用地表HUBEX外场观测资料进行了对比分析,得到了空间分布特征和时间演变趋势比较一致的对比分析结果。     

风云三号C星微波成像仪升降轨偏差问题分析及订正

风云三号(FY-3)的微波成像仪(MWRI)能够全天候获取全球大气水汽含量、云雨参数及海面温度等的空间分布,并可为数值天气预报提供初始场信息进而提高天气预报的准确性。但FY-3C MWRI O-B(O是卫星观测亮温,B是数值天气预报模式模拟亮温)偏差结果存在较大升降轨差异,严重制约了遥感信息的正确提取以及在数值天气预报模式中的业务同化应用。本文通过分析定标方程各参数:定标黑体物理温度、热反射镜背瓣亮温、热反射镜物理温度、冷空反射镜物理温度、接收通道温度、黑体观测计数值、冷空观测计数值、定标斜率、定标截距,并对定标方程各项进行敏感性分析,找出了引起MWRI升降轨偏差的主要原因是热反射镜的发射率异常增大引起的。经过不断调整MWRI的热反射镜发射率,使升轨O-B与降轨O-B的概率分布逐渐重合,初步估算了热反射镜发射率。本文的订正方法可指导未来仪器的发展,并为直接同化MWRI辐射数据提供了条件。     

基于仿真的6.9 GHz通道亮温改进FY-3D MWRI海面温度产品

海洋表面温度SST（Sea Surface Temperature）是全球海洋和气候研究的重要参数之一,卫星被动微波遥感由于能够实现全天候观测而被越来越多的应用到SST研究中。中国的风云三号（FY 3）卫星搭载的微波成像仪（MWRI）缺少对SST更加敏感的7 GHz附近垂直极化通道,本研究将FY 3 MWRI与具有6.9 GHz通道的Aqua AMSR 2进行时空匹配,采用神经网络方法,利用匹配的FY 3 MWRI的通道亮温模拟仿真AMSR 2的69 GHz垂直极化通道亮温（6.9V）,通过引入仿真的6.9V来提高FY 3 MWRI SST的反演精度。结果表明：引入仿真的6.9V可以改进FY 3 MWRI SST反演精度,对35°～90°S之间海域的SST改进更加显著,主要由于6.9V对低SST的探测灵敏度更高且在低SST反演时受风速的影响较小导致的。如果FY3后续卫星可以搭载6.9 GHz通道,将可进一步提升低SST特别是两极SST的反演精度。     

风云二号气象卫星扫描辐射计可见光通道噪声分析

１　概率比方法分析原理概率比方法曾用于我国第一颗极轨气象卫星风云一号在轨测试期间扫描辐射计各通道的噪声分析,得到了可信的结论．这里,我们用它来分析风云二号扫描辐射计可见光通道的噪声．（１）量化误差和高斯噪声误差的统计表达式　设Ｃｘ是所测目标的真值,Ｃｉ是测量值,如果对此目标做多次测量,则随机误差ＳＤ为:ＳＤ２＝∑Ｐ（ｉ／ｘ）（Ｃｉ－Ｃｘ）２（１）式中,Ｐ（ｉ／ｘ）是对Ｃｘ做测量,取得Ｃｉ测值的概率．对测量值作数字化处理,如果测值Ｃｉ量化间隔的大小与ＳＤ可比,则问题就复杂化了．设Ｃｉ的量化计数值为…     

多源遥测参数质量控制的FY-3C MWHTS观测亮温质量评分

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...     

应用先进微波探测器AMSU资料遥感反演春季陆地表层湿度

利用先进微波探测器(AMSU)正演快速微波辐射传输模型,完成了AMSU 窗区通道亮温与地表温湿特征的相关性分析,根据模拟计算结果改进了现有业务上反演地表微波辐射率的统计分析方法,得到适用于我国非冻土积雪覆盖地区地表微波辐射率反演的指数分析模型;进一步通过地表微波辐射传输模型迭代反演得到土壤体积含水量信息.2001年相互匹配的AMSU资料和地面农业气象观测站地表相对湿度观测结果的对比分析表明二者间具有一定的相关性.利用2002年3月和2003年3月的AMSU资料,反演了我国陆地区域地表湿度;连续两年春季地表湿度反演结果的对比分析表明,与2002年春季相比,2003年我国北方沙尘暴发生源区地表湿度反演值普遍偏高,潮湿的下垫面特征与沙尘暴发生频次的减少之间有一定的对应关系.试验结果表明,利用AMSU遥感资料可以获取大范围陆地表层湿度信息,进行区域尺度陆地表层湿度特征的动态分析,为我国沙尘暴监测分析提供陆地表层湿度基础信息.     

风云三号A星微波湿度计主探测通道辐射特性

微波湿度计装载在2008年5月27日发射升空的我国新一代极轨气象卫星风云三号A星上,完成全天候大气湿度信息的被动微波遥感探测。主探测通道中心频点位于183.31 GHz,设置有3个双边带探测通道。为保证风云三号微波湿度计在轨定量应用,研制过程中完成了地面真空试验。该文对风云三号A星微波湿度计正样产品真空试验数据进行了定量分析,数据分析结果表明:风云三号A星微波湿度计正样产品主探测频点183.31 GHz附近的3个探测通道等效噪声温差小于等于0.91 K;定标准确度优于1.05 K;真空试验过程中微波湿度计辐射定标结果稳定。风云三号A星微波湿度计发射前辐射定标特性分析结果,为仪器在轨定量应用奠定了基础。