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不同天气条件下地基微波辐射计探测性能比对

王志诚 张雪芬 茆佳佳 王志成

王志诚, 张雪芬, 茆佳佳, 等. 不同天气条件下地基微波辐射计探测性能比对. 应用气象学报, 2018, 29(3): 282-295. DOI: 10.11898/1001-7313.20180303..
引用本文: 王志诚, 张雪芬, 茆佳佳, 等. 不同天气条件下地基微波辐射计探测性能比对. 应用气象学报, 2018, 29(3): 282-295. DOI: 10.11898/1001-7313.20180303.
Wang Zhicheng, Zhang Xuefen, Mao Jiajia, et al. Comparison analysis on detection performance of ground-based microwave radiometers under different weather conditions. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(3): 282-295. DOI:  10.11898/1001-7313.20180303.
Citation: Wang Zhicheng, Zhang Xuefen, Mao Jiajia, et al. Comparison analysis on detection performance of ground-based microwave radiometers under different weather conditions. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(3): 282-295. DOI:  10.11898/1001-7313.20180303.

不同天气条件下地基微波辐射计探测性能比对

DOI: 10.11898/1001-7313.20180303
资助项目: 

科技部重大自然灾害监测预警与防范重点专项 2017YFC1501700

中国气象局气象探测中心青年科技课题 TCQN201708

详细信息
    通信作者:

    王志诚, E-mail:1226070855@qq.com

Comparison Analysis on Detection Performance of Ground-based Microwave Radiometers Under Different Weather Conditions

  • 摘要: 利用探空数据和毫米波云雷达数据,对在大气探测试验基地同址观测的国内外3种型号地基微波辐射计进行1年(2016年10月—2017年9月)的比对分析,重点分析不同型号地基微波辐射计在晴空和云天下温、湿观测性能特征。结果表明:3种型号地基微波辐射计温度与探空相关系数均超过0.98,达到0.01显著性水平;晴空条件下,德国及国产地基微波辐射计温度平均误差均在±1℃以内(前者为负偏差,后者为正偏差),误差较小,美国地基微波辐射计系统偏差约为-1.8℃;3种型号地基微波辐射计均方根误差随高度递增,整体均方根误差以德国地基微波辐射计2.2℃为最小,美国地基微波辐射计3.8℃为最大;在有云条件下,3种型号地基微波辐射计平均误差分布较晴空条件下无明显变化,均方根误差较晴空条件有约增加0.5℃。3种型号地基微波辐射计均呈晴空相对湿度误差小于云天误差,低空误差小于中高空误差的特点;晴空条件下,美国与国产地基微波辐射计相对湿度均方根误差分别为15%和18%左右,小于德国地基微波辐射计;云天条件下3种型号微波辐射计均方根误差均较大(26%左右)。
  • 图  1  保留的云天个例(2017年7月14日13:15)

    (a)云雷达基本反射率因子,(b)激光云高仪云底高

    Fig. 1  Typical case at 1315 BT 15 July 2017

    (a)base reflectivity of cloud radar, (b)cloud base height of laser ceilometer

    图  2  辐射计温度廓线与探空时序

    (a)降雨标志,(b)探空,(c)MWR-G,(d)MWR-A,(e)MWR-C

    Fig. 2  The sequence of microwave radiometers and sounding temperature profiles

    (a)rain flag, (b)sounding, (c)MWR-G, (d)MWR-A, (e)MWR-C

    图  3  辐射计与探空温度差异时序

    (a)降雨标志,(b)MWR-G,(c)MWR-A,(d)MWR-C

    Fig. 3  Temperature difference sequence among microwave radiometers and sounding

    (a)rain flag, (b)MWR-G, (c)MWR-A, (d)MWR-C

    图  4  逆温出现时辐射计温度廓线

    (a)2016年12月2日07:00,(b)2016年12月31日07:00,(c)2017年1月2日19:00,(d)2017年1月3日07:00,(e)2017年1月13日07:00,(f)2017年1月15日19:00,(g)2017年2月6日07:00,(h)2017年1月14日19:00

    Fig. 4  Temperature profiles of microwave radiometers in temperature inversion condition

    (a)0700 BT 2 Dec 2016, (b)0700 BT 31 Dec 2016, (c)1900 BT 2 Jan 2017, (d)0700 BT 3 Jan 2017, (e)0700 BT 13 Jan 2017, (f)1900 BT 15 Jan 2017, (g)0700 BT 6 Feb 2017, (h)1900 BT 14 Jan 2017

    图  5  辐射计与探空相对湿度廓线时序

    (a)降雨标志,(b)探空,(c)MWR-G,(d)MWR-A,(e)MWR-C

    Fig. 5  The sequence of microwave radiometers and sounding relative humidity profiles

    (a)rain flag, (b)sounding, (c)MWR-G, (d)MWR-A, (e)MWR-C

    图  6  辐射计晴空温度样本与探空拟合

    (a)MWR-G,(b)MWR-A,(c)MWR-C

    Fig. 6  Temperature fitting between microwave radiometers and sounding in no-cloud condition

    (a)MWR-G, (b)MWR-A, (c)MWR-C

    图  7  辐射计晴空温度样本误差分布

    (a)平均误差,(b)均方根误差

    Fig. 7  Temperature errors of microwave radiometers in no-cloud condition

    (a)mean error, (b)root mean square error

    图  8  辐射计晴空相对湿度样本误差分布

    (a)平均误差,(b)均方根误差

    Fig. 8  Relative humidity errors of microwave radiometers in no-cloud condition

    (a)mean error, (b)root mean square error

    图  9  辐射计云天温度样本误差分布

    (a)平均误差,(b)均方根误差

    Fig. 9  Temperature errors of microwave radiometers in cloud condition

    (a)mean error, (b)root mean square error

    图  10  辐射计云天相对湿度样本误差分布

    (a)平均误差,(b)均方根误差

    Fig. 10  Relative humidity errors of microwave radiometers in cloud condition

    (a)mean error, (b)root mean square error

    图  11  MWR-C辐射计云天和晴天相对湿度均方根误差分布

    (a)低云样本,(b)中云样本,(c)高云样本,(d)中低云样本

    Fig. 11  Relative humidity root mean square error of MWR-C in no-cloud and cloud conditions

    (a)low cloud, (b)middle cloud, (c)high cloud, (d)low-middle cloud

    表  1  3台辐射计实测亮温平均误差与均方根误差(单位:K)

    Table  1  The mean error and root mean square error of three microwave radiometers(unit: K)

    通道频率/GHz MWR-G MWR-A MWR-C
    平均误差 均方根误差 平均误差 均方根误差 平均误差 均方根误差
    22.24 0.8574 4.0925 -0.4877 4.0592 2.1631 4.9768
    23.04 0.6795 3.7895 -0.2190 3.7839 -0.2361 3.7079
    23.84 0.4690 3.2603 -0.9239 3.3203 1.0372 3.0210
    25.44 0.2308 2.3124 0.3042 2.3903 2.4818 3.2500
    26.24 0.0522 2.1165 -1.4183 2.9852 0.6053 1.8368
    27.84 0.0177 1.9188 -1.6491 2.9130 0.7589 1.5521
    31.40 0.1240 1.6238 -0.8981 2.1127 0.1778 1.4191
    51.26 4.1329 4.5071 4.5629 4.8050 3.3149 4.8146
    52.28 2.5576 3.2039 3.6608 3.8599 4.3149 5.3508
    53.86 2.7609 3.1892 0.7982 1.7638 3.8261 4.3381
    54.94 -0.6435 2.1828 -0.9212 2.3392 0.2680 3.1427
    56.66 -1.1438 2.9987 -1.3116 3.1192 0.3860 3.3706
    57.30 -1.1575 3.1308 -1.4247 3.2401 0.4923 3.3628
    58.00 -1.0578 3.1764 -1.3797 3.3010 0.4982 3.4993
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  • [1] 黄治勇, 徐桂荣, 王晓芳, 等.地基微波辐射资料在短时暴雨潜势预报中的应用.应用气象学报, 2013, 24(5):576-584. doi:  10.11898/1001-7313.20130507
    [2] 刘思波, 何文英, 刘红燕, 等.地基微波辐射计探测大气边界层高度方法.应用气象学报, 2015, 26(5):626-635. doi:  10.11898/1001-7313.20150512
    [3] 鲍艳松, 钱程, 闵锦忠, 等.利用地基微波辐射计资料反演0~10 km大气温湿廓线试验研究.热带气象学报, 2016, 32(2):163-171. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-RDQX201602003.htm
    [4] 刘红燕, 王迎春, 王京丽, 等.由地基微波辐射计测量得到的北京地区水汽特性的初步分析.大气科学, 2009, 33(2):388-396. http://industry.wanfangdata.com.cn/dl/Detail/Periodical?id=Periodical_daqikx200902016
    [5] Han Y, Westwater E R.Remote sensing of tropospheric water vapor and cloud liquid water by integrated ground-based sensors.J Atmos Ocean Technol, 1995, 12(5):1050-1062. doi:  10.1175/1520-0426(1995)012<1050:RSOTWV>2.0.CO;2
    [6] 刘建忠, 张蔷.地基微波辐射计反演产品评价.气象科技, 2010, 38(3):325-331.
    [7] 刘红燕.三年地基微波辐射计观测温度廓线的精度分析.气象学报, 2011, 69(4):719-728. doi:  10.11676/qxxb2011.063
    [8] 侯叶叶, 刘红燕, 鲍艳松.地基微波辐射计反演水汽密度廓线精度分析.气象科技, 2016, 44(5):702-709. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qxkj201605002
    [9] 张文刚, 徐桂荣, 颜国跑, 等.微波辐射计与探空仪测值对比分析.气象科技, 2014, 42(5):737-741. http://www.doc88.com/p-1425302437426.html
    [10] 魏重, 雷恒池, 沈志来.地基微波辐射计的雨天探测.应用气象学报, 2001, 12(增刊Ⅰ):65-72. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYQX2001S1008.htm
    [11] 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. doi:  10.11898/1001-7313.20140607
    [12] 傅新姝, 谈建国.地基微波辐射计探测资料质量控制方法.应用气象学报, 2017, 28(2):209-217. doi:  10.11898/1001-7313.20170208
    [13] 周玉驰.地基多通道微波辐射计反演大气温湿廓线的研究.北京:中国科学院研究生院, 2010.
    [14] 唐英杰, 马舒庆, 杨玲, 等.云底高度的地基毫米波云雷达观测及其对比.应用气象学报, 2015, 26(6):680-687. doi:  10.11898/1001-7313.20150604
    [15] 姚雯, 马颖, 高丽娜.L波段与59-701探空系统相对湿度对比分析.应用气象学报, 2017, 28(2):218-226. doi:  10.11898/1001-7313.20170209
    [16] 黄兴友, 张曦, 冷亮, 等.基于MonoRTM模型的微波辐射计反演方法研究.气象科学, 2013, 33(2):138-145. doi:  10.3969/2012jms.0127
    [17] 车云飞, 马舒庆, 杨玲, 等.云对地基微波辐射计反演湿度廓线的影响.应用气象学报, 2015, 26(2):193-202. doi:  10.11898/1001-7313.20150207
    [18] 邢业新, 娄国伟, 李兴国, 等.云、雨天气对3 mm波段天空亮温的影响.现代防御技术, 2010, 38(5):82-85. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XDFJ201005023.htm
    [19] 白翎, 师春香, 刘冰, 等.CRTM微波亮温模拟对地表和云参数的敏感性分析.气象, 2014, 40(11):1363-1371. doi:  10.7519/j.issn.1000-0526.2014.11.009
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-10-30
  • 修回日期:  2018-02-28
  • 刊出日期:  2018-05-31

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