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地基微波辐射计工作环境对K波段亮温观测影响

王振会 李青 楚艳丽 朱雅毓

王振会, 李青, 楚艳丽, 等. 地基微波辐射计工作环境对K波段亮温观测影响. 应用气象学报, 2014, 25(6): 711-721..
引用本文: 王振会, 李青, 楚艳丽, 等. 地基微波辐射计工作环境对K波段亮温观测影响. 应用气象学报, 2014, 25(6): 711-721.
Wang Zhenhui, Li Qing, Chu Yanli, et al. Environmental thermal radiation interference on atmospheric brightness temperature measurement with ground-based K-band microwave radiometer. J Appl Meteor Sci, 2014, 25(6): 711-721.
Citation: Wang Zhenhui, Li Qing, Chu Yanli, et al. Environmental thermal radiation interference on atmospheric brightness temperature measurement with ground-based K-band microwave radiometer. J Appl Meteor Sci, 2014, 25(6): 711-721.

地基微波辐射计工作环境对K波段亮温观测影响

资助项目: 

城市气象科学研究基金项目 IUMKY&UMRF201101

国家自然科学基金项目 41275043

国家自然科学基金项目 41005005

江苏省研究生创新项目 CXLX12-0499

详细信息
    通信作者:

    王振会, email: eiap@nuist.edu.cn

Environmental Thermal Radiation Interference on Atmospheric Brightness Temperature Measurement with Ground-based K-band Microwave Radiometer

  • 摘要: 该文研究地基微波辐射计天线性能及其工作环境对K波段20~30 GHz亮温观测数据的影响,根据辐射传输理论和天线性能参数分析建立模型,通过模拟计算给出辐射计20~30 GHz波段亮温观测对天线性能及其工作环境的响应,提出针对工作环境温度变化影响的订正方案,并结合观测资料进行分析验证。结果表明:如果辐射计天线增益和3 dB波束宽度决定的等效主波束效率ηe较低,则即使在能够经常进行辐射计系统液氮定标的情况下也必须考虑天线工作环境 (环境温度与辐射计定标时的情景差异) 对K波段亮温观测的影响。对某一辐射计液氮定标后1年多观测资料的订正验证表明:订正效果明显,尤其是在28.0 GHz和30.0 GHz两通道。
  • 图  1  辐射计天线方向性函数等效示意图

    Fig. 1  Schematic of radiometer antenna directivity function

    图  2  2010年12月22日—2011年12月31日每日08:00和20:00晴空时辐射计环境温度变化ΔTg及K波段4个代表性通道亮温观测值TBM、订正值TBO和模拟值TBC的时间序列

    Fig. 2  Time series of clear sky environment temperature change Tg and the observed brightness temperature TBM, the corrected brightness temperature TBO and the simulated TBC for 4 typical channels in K-band at 0800 BT and 2000 BT from 22 Dec 2010 to 31 Dec 2011

    表  1  两类典型辐射计的K波段天线性能与分析

    Table  1  Antenna performance and analysis for two typical types of K-band radiometers

    行号 条件 参数 A类辐射计 B类辐射计
    22~31 GHz 22 GHz 30 GHz
    1 厂家提供 G/dB 33.2 30 32
    2 X/dB < -30 < -23 < -24
    3 WHPB/(°) 3.3~3.5 6.3 4.9
    4 α= 0.5WHPB α/(°) 1.7 3.1 2.5
    5 γ=Xmax γ/dB -30.0 -23.0 -24.0
    6 ηe /% 18.04 13.13 10.64
    7 γ由Gα决定 γ/dB -35.9 -35.7 -38.1
    8 ηe /% 45.98 73.17 75.42
    9 由需求ηe=90%决定 γ/dB -46.2 -40.8 -42.8
    10 α/(°) 2.38 3.44 2.73
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    表  2  B类辐射计K波段下行亮温和天线温度在天空不同状况下对比以及环境亮温变化影响 (TB计算中,假设TS=238 K,ΔTS=22.5 K,其余条件同文献[31])

    Table  2  Comparison of the K-band downward brightness temperature and antenna temperature for type-B radiometer and analysis on the influence of environment under different sky conditions (let TS=238 K, ΔTS=22.5 K and other parameters for TB calculation are the same as Reference [31])

    行号 条件 计算参数 22.2 GHz (ηe=73.17%) 25.0 GHz (ηe=73.98%) 28.0 GHz (ηe=74.84%) 30.0 GHz (ηe=75.42%)
    1 晴空TB/K 31 28 17 16
    2 云天TB/K 42 33 29 30
    3 雨天TB /K 61 53 51 54
    4 β=1 晴空TA/K 59 55 45 43
    5 云天TA /K 68 60 55 56
    6 雨天TA /K 85 77 75 77
    7 δTB/K 3.5 3.4 3.2 3.2
    8 晴空TB/δTB 8.9 8.3 5.3 5.1
    9 云天TB/δTB 12.0 9.8 9.0 9.5
    10 雨天TB/δTB 17.5 15.8 15.8 17.1
    11 β=0 晴空TA/K 87 83 73 71
    12 云天TA /K 95 86 82 81
    13 雨天TA /K 108 101 98 99
    14 δTB/K 8.3 7.9 7.6 7.3
    15 晴空TB/δTB 3.8 3.5 2.2 2.2
    16 云天TB/δTB 5.1 4.2 3.8 4.1
    17 雨天TB/δTB 7.4 6.7 6.7 7.4
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    表  3  B类辐射计K波段亮温的环境温度变化订正系数及订正效果统计量

    Table  3  Coefficient c for calibrating the environment temperature influence on K-band brightness temperature measured by type-B radiometer and the statistics to show the efficiency of calibration

    通道 频率/GHz 订正系数c 订正前拟合直线
    TBM=aTBC+b
    拟合度
    RMC2
    订正后拟合直线
    TBO=aTBC+b
    拟合度
    ROC2
    1 22.23 0.215088 y=1.1112x-2.4141 0.9537 y=0.9862x-0.2928 0.9763
    2 22.50 0.224503 y=1.1119x-1.1412 0.9571 y=0.9792x+0.9970 0.9763
    3 23.03 0.352293 y=1.1879x-0.9221 0.9194 y=0.9700x+2.1907 0.9680
    4 23.83 0.354430 y=1.2161x-0.7508 0.8861 y=0.9634x+2.4390 0.9563
    5 25.00 0.329222 y=1.2402x-0.9890 0.8174 y=0.9577x+2.0860 0.9395
    6 26.23 0.265974 y=1.2885x-2.6649 0.8019 y=0.9890x+0.6199 0.9431
    7 28.00 0.350330 y=1.0714x+0.3436 0.3846 y=1.0091x+0.0591 0.9138
    8 30.00 0.457644 y=0.1129x+12.659 0.0049 y=0.9314x+2.2196 0.7931
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-04-06
  • 修回日期:  2014-09-10
  • 刊出日期:  2014-11-30

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