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FY-2G卫星冬夏云量产品偏差分析

刘健 崔鹏 肖萌

刘健, 崔鹏, 肖萌. FY-2G卫星冬夏云量产品偏差分析. 应用气象学报, 2017, 28(2): 177-188. DOI: 10.11898/1001-7313.20170205..
引用本文: 刘健, 崔鹏, 肖萌. FY-2G卫星冬夏云量产品偏差分析. 应用气象学报, 2017, 28(2): 177-188. DOI: 10.11898/1001-7313.20170205.
Liu Jian, Cui Peng, Xiao Meng. The bias analysis of FY-2G cloud fraction in summer and winter. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(2): 177-188. DOI:  10.11898/1001-7313.20170205.
Citation: Liu Jian, Cui Peng, Xiao Meng. The bias analysis of FY-2G cloud fraction in summer and winter. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(2): 177-188. DOI:  10.11898/1001-7313.20170205.

FY-2G卫星冬夏云量产品偏差分析

DOI: 10.11898/1001-7313.20170205
资助项目: 

国家科技支撑计划项目 2012BAC22B05

国家自然科学基金项目 61531019

国家自然科学基金项目 41175022

公益性行业(气象)科研专项 GYHY-201406032

详细信息
    通信作者:

    刘健, email:liujian@cma.gov.cn

The Bias Analysis of FY-2G Cloud Fraction in Summer and Winter

  • 摘要: 开展卫星反演云量的精度评估是业务应用的基础,也是充分发挥卫星观测效益的前提。利用同类卫星产品EOS Aqua/MODIS云产品,选取2015年6月和12月共80个个例,包括43个白天个例,37个夜间个例。采用交叉比对方法对FY-2G云量产品进行相对偏差分析。结果表明:FY-2G与Aqua/MODIS计算云量总体趋势相当,无论从时间分布(白天和夜间)还是季节分布(6月和12月)上看,FY-2G与Aqua云量相对偏差较为稳定,FY-2G反演云量小于Aqua/MODIS反演云量。匹配个例中FY-2G平均云量为72.81%,Aqua/MODIS平均云量是76.19%,两者相关系数为0.74。两者绝对偏差小于5%的像元比例为72.34%;云量偏差绝对值小于15%的像元比例为79.51%。FY-2G与Aqua/MODIS云量偏差主要来自各自卫星的观测能力与所采用的云检测算法。与具有36个探测通道、星下点最低空间分辨率为0.01°×0.01°的Aqua/MODIS观测数据相比,FY-2G所具有的5通道、星下点最高空间分辨率为0.05°×0.05°的观测数据会出现对云,尤其是破碎云和薄卷云的漏检。两种具有不同时空属性的数据在匹配处理时采用的不同算法也会在比对分析中引入偏差。
  • 图  1  FY-2G与Aqua匹配的80个样本空间覆盖范围

    Fig. 1  The space distribution of matched sample between FY-2G and Aqua

    图  2  FY-2G与Aqua研究匹配个例平均云量

    Fig. 2  The mean cloud fraction of matched cases of FY-2G and Aqua

    图  3  2015年6月 (a) 和12月 (b) FY-2G与Aqua匹配个例平均云量绝对偏差

    Fig. 3  Histogram of absolute CFR bias between FY-2G and Aqua in Jun 2015(a) and Dec 2015(b)

    图  4  FY-2G可见光通道1与Aqua/MODIS可见光通道1光谱响应函数分布曲线

    Fig. 4  Spectral response function for FY-2G and Aqua/MODIS visible channel 1

    图  5  2015年6月26日16:00 FY-2G红外通道1亮温 (a) 和云量 (b) 与16:10 Aqua亮温 (c) 和云量 (d)

    Fig. 5  The image of IR1 brightness temperature (a) with CFR (b) of FY-2G at 1600 UTC 26 Jun 2015 and brightness temperature (c) with CFR (d) of Aqua at 1610 UTC 26 Jun 2015

    图  6  2015年12月31日18:00 FY-2G与Aqua/MODIS像元云量分布直方图

    Fig. 6  The cloud fraction of FY-2G and Aqua/MODIS at 1800 UTC 31 Dec 2015

    图  7  临近像元 (NN) 插值和面积平均 (MEAN) 插值两种方法处理的2015年12日31日18:00 Aqua/MODIS云量散点图

    Fig. 7  The scatter diagram of Aqua/MODIS cloud fraction calculated by the nearest distance (NN) and average area (MEAN) methods at 1800 UTC 31 Dec 2015

    图  8  临近像元 (NN) 插值和面积平均 (MEAN) 插值两种方法处理的2015年12日31日18:00 Aqua/MODIS云量分布直方图

    Fig. 8  The histogram of Aqua/MODIS cloud fraction calculated by the nearest distance (NN) and average area (MEAN) methods at 1800 UTC 31 Dec 2015

    表  1  EOS/MODIS通道及在云检测算法中的应用[20]

    Table  1  EOS/MODIS bands used in MODIS cloud mask algorithm (from reference [20])

    通道序号 中心波长/μm 是否用于云检测 云检测中的作用
    1 0.659 云检测
    2 0.865 云检测
    3 0.470 烟尘检测
    4 0.555 积雪/冰检测
    5 1.240 烟尘检测
    6 1.640 Terra积雪/冰检测
    7 2.130 Aqua积雪/冰检测
    8 0.415 沙漠上云检测
    9 0.443 太阳耀斑区晴空检测
    10 0.490
    11 0.531
    12 0.565
    13 0.653
    14 0.681
    15 0.750
    16 0.865
    17 0.905 太阳耀斑区晴空检测
    18 0.936 太阳耀斑区晴空检测
    19 0.940
    26 1.375 薄卷云、高云检测
    20 3.750 陆地、太阳耀斑区晴空检测,积雪/冰、沙尘检测
    21 3.959 烟尘检测
    22 3.959 云检测
    23 4.050
    24 4.465
    25 4.515
    27 6.715 高云检测
    28 7.325 云检测
    29 8.550 云、沙尘、积雪检测
    30 9.730
    31 11.030 云、沙尘、积雪检测,陆地、太阳耀斑区晴空检测
    32 12.020 薄卷云检测,云、沙尘检测
    33 13.335 云检测
    34 13.635
    35 13.935 高云检测
    36 14.235
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    表  2  FY-2G与Aqua云量匹配样本参数统计一览表

    Table  2  Statistic properties of matched cloud fraction (CFR) cases between FY-2G and Aqua in Jun 2015

    个例序号 FY-2G观测时间* 样本量 CFR平均值/% 相关系数 标准差 绝对差小于5%样本百分比/%
    FY-2G Aqua FY-2G Aqua
    1 03T04:00 4080 53.42 47.99 0.76 45.25 40.40 46.25
    2 03T16:00 14624 48.80 69.11 0.54 46.36 37.67 78.97
    3 04T08:00 2736 82.96 86.54 0.83 33.89 25.23 67.50
    4 04T20:00 3186 59.72 58.76 0.81 43.91 43.91 59.76
    5 05T07:00 3465 75.54 87.69 0.63 36.44 22.47 53.16
    6 05T19:00 4233 74.97 71.45 0.79 37.84 35.98 52.49
    7 06T06:00 4524 77.54 83.45 0.86 36.24 21.96 54.24
    8 06T18:00 3608 77.41 83.76 0.92 39.48 33.27 80.85
    9 09T05:00 7564 90.82 88.09 0.82 26.31 26.52 78.22
    10 09T17:00 6600 87.62 94.50 0.58 27.14 13.21 71.58
    11 10T04:00 5039 37.66 52.75 0.77 45.59 41.55 27.81
    12 10T16:00 3456 68.06 75.55 0.86 18.90 32.78 56.17
    13 11T08:00 3589 88.24 89.94 0.78 28.35 22.46 72.89
    14 11T20:00 4346 88.68 80.02 0.77 27.00 32.43 67.19
    15 12T07:00 4554 67.62 74.14 0.89 44.28 34.45 59.71
    16 12T19:00 5106 82.18 78.91 0.82 32.95 30.74 45.48
    17 13T08:00 6104 79.36 60.54 0.62 12.57 22.07 60.15
    18 13T20:00 4806 80.01 81.08 0.93 36.83 31.22 68.46
    19 14T07:00 7027 84.42 72.11 0.80 35.12 34.77 23.68
    20 14T19:00 3240 88.12 89.51 0.88 28.38 25.58 82.50
    21 15T06:00 8176 83.85 78.42 0.66 33.00 34.59 59.16
    22 15T18:00 7252 68.34 72.36 0.85 43.69 35.45 57.62
    23 16T05:00 5848 73.81 85.41 0.83 41.59 23.86 62.98
    24 18T05:00 4958 47.66 34.99 0.79 44.24 44.31 74.46
    25 18T17:00 3471 63.67 68.02 0.90 44.72 35.41 45.10
    26 19T04:00 4560 44.80 46.24 0.79 44.63 38.96 49.18
    27 19T21:00 4144 93.30 90.12 0.79 21.58 23.28 79.80
    28 20T08:00 4601 61.36 50.77 0.81 44.03 39.62 43.90
    29 20T20:00 3000 75.06 82.78 0.85 39.79 31.03 66.36
    30 21T07:00 9748 57.05 65.33 0.79 44.94 37.97 76.71
    31 21T19:00 6965 27.21 35.11 0.82 39.94 41.24 41.52
    32 22T06:00 6231 96.88 98.45 0.65 14.28 6.14 90.98
    33 22T18:00 5886 35.52 65.87 0.65 45.03 38.76 77.54
    34 24T06:00 3400 70.43 45.58 0.72 42.44 39.57 43.82
    35 24T18:00 4080 87.36 91.87 0.72 28.73 16.73 69.00
    36 25T05:00 14700 73.57 73.30 0.66 39.69 35.45 85.32
    37 25T17:00 13431 48.24 57.96 0.74 46.02 38.74 90.85
    38 26T04:00 4970 58.53 52.68 0.87 46.20 40.82 52.26
    39 26T16:00 3744 93.92 96.89 0.57 21.32 11.17 88.07
    40 27T08:00 6137 80.98 97.76 0.63 35.03 6.07 69.94
    41 27T20:00 5080 89.23 97.52 0.62 28.18 11.67 84.55
    42 29T08:00 8256 2.34 1.02 0.73 12.08 7.15 94.63
    43 29T20:00 7885 89.78 95.92 0.67 26.99 13.10 80.28
    44 30T07:00 4788 11.44 8.25 0.67 24.45 16.58 70.24
    45 30T19:00 13527 38.11 66.72 0.61 45.38 42.39 92.86
     注:*观测时间为世界时,下同。
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    表  3  2015年12月FY-2G与Aqua云量匹配样本参数统计一览表

    Table  3  Statistic properties of matched CFR cases between FY-2G and Aqua in Dec 2015

    个例序号 FY-2G观测时间* 样本量 CFR平均值/% 相关系数 标准差 绝对差小于5%样本百分比/%
    FY-2G Aqua FY-2G Aqua
    1 01T06:00 1620 89.02 92.31 0.59 20.36 22.61 76.96
    2 04T20:00 1230 55.05 72.91 0.74 45.58 39.07 54.88
    3 05T07:00 4857 45.03 65.66 0.56 47.07 40.40 47.79
    4 06T03:00 3612 74.09 83.79 0.67 38.77 31.42 61.70
    5 06T20:00 2646 95.24 95.18 0.72 18.92 16.84 88.51
    6 07T07:00 2193 95.78 94.71 0.65 17.45 17.68 86.82
    7 08T18:00 3149 81.97 95.34 0.52 36.05 19.25 79.10
    8 09T05:00 3010 75.85 78.14 0.81 40.40 38.00 78.27
    9 09T17:00 2844 92.40 93.68 0.84 25.21 22.31 92.26
    10 12T04:00 2310 43.58 62.31 0.76 47.37 43.4 60.39
    11 12T16:00 1769 69.36 82.8 0.71 42.36 30.67 62.63
    12 14T07:00 2329 74.93 86.81 0.57 39.56 26.79 61.75
    13 15T06:00 2021 92.46 96.03 0.65 22.88 13.67 84.17
    14 16T05:00 2610 94.69 94.75 0.81 19.47 18.77 89.51
    15 16T19:00 1247 92.16 92.17 0.62 23.9 20.77 78.43
    16 17T06:00 1410 41.82 45.72 0.75 46.01 42.92 55.53
    17 18T05:00 1690 67.94 63.44 0.88 41.71 46.19 67.16
    18 18T17:00 1290 88.06 92.76 0.86 30.06 22.5 85.35
    19 19T04:00 2065 91.37 92.94 0.71 24.68 18.87 80.48
    20 20T08:00 1073 79.10 80.58 0.87 38.38 37.24 82.47
    21 20T20:00 3889 84.90 83.59 0.81 33.54 31.24 74.67
    22 21T07:00 2067 84.19 90.92 0.80 34.87 23.71 81.28
    23 24T06:00 1891 72.69 75。00 0.94 43.28 41.15 88.42
    24 24T18:00 2881 97.95 92.03 0.56 10。00 24.77 87.82
    25 25T05:00 2009 92.79 96.13 0.72 24.14 16.88 90.54
    26 25T17:00 1480 97.29 94.24 0.52 11.37 18.7 85.88
    27 26T04:00 1768 76.65 79.19 0.94 41.22 38.57 87.56
    28 27T05:00 2090 72.03 69.08 0.87 41.39 39.51 63.06
    29 27T17:00 1692 73.85 80.22 0.75 38.48 29.03 53.25
    30 28T16:00 1802 98.52 97.62 0.60 9.71 10.52 92.17
    31 29T20:00 2257 82.87 87.87 0.78 34.21 30.13 81.44
    32 30T07:00 2472 75.27 85.67 0.74 39.63 29.84 69.98
    33 30T19:00 2520 50.26 55.16 0.64 43.90 44.25 50.63
    34 31T06:00 2448 88.67 90.56 0.77 28.83 24.89 81.94
    35 31T18:00 1519 71.46 70.72 0.56 40.47 40.08 55.23
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    表  4  2015年12月8日和12月25日FY-2G与Aqua/MODIS云量等级像元分布

    Table  4  Pixels of cases on different cloud fraction level between FY-2G and Aqua/MODIS on 8 Dec and 25 Dec in 2015

    云量/% 12-08 12-25
    FY-2G像元数 Aqua像元数 FY-2G像元数 Aqua像元数
    [0, 10) 423 96 17 4
    [10, 20) 39 8 17 2
    [20, 30) 26 18 8 8
    [30, 40) 35 11 22 6
    [40, 50) 34 12 11 11
    [50, 60) 45 4 16 2
    [60, 70) 41 20 31 15
    [70, 80) 33 80 23 10
    [80, 100] 2473 2972 1335 1422
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-10-26
  • 修回日期:  2017-01-17
  • 刊出日期:  2017-03-31

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