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云对地基微波辐射计反演湿度廓线的影响

车云飞 马舒庆 杨玲 邢峰华 李思腾

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..
引用本文: 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.
Che Yunfei, Ma Shuqing, Yang Ling, et al. Cloud influence on atmospheric humidity profile retrieval by ground-based microwave radiometer. J Appl Meteor Sci, 2015, 26(2): 193-202. DOI:  10.11898/1001-7313.20150207.
Citation: Che Yunfei, Ma Shuqing, Yang Ling, et al. Cloud influence on atmospheric humidity profile retrieval by ground-based microwave radiometer. J Appl Meteor Sci, 2015, 26(2): 193-202. DOI:  10.11898/1001-7313.20150207.

云对地基微波辐射计反演湿度廓线的影响

DOI: 10.11898/1001-7313.20150207
资助项目: 

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY200906035

详细信息
    通信作者:

    马舒庆, email: msqaoc@cma.gov.cn

Cloud Influence on Atmospheric Humidity Profile Retrieval by Ground-based Microwave Radiometer

  • 摘要: 利用中国气象局大气探测试验基地的L波段探空数据和微波辐射计观测数据,采用MonoRTM辐射传输模型作为正演亮温模型,BP (back propagation) 神经网络作为反演工具,在由亮温反演大气湿度廓线的过程中,添加与样本匹配的云底高度和云厚度信息,建立新的反演模型,使新反演模型得到的反演湿度廓线和未添加云信息的反演湿度廓线分别与探空数据进行对比,获取两种反演方法各高度层的均方根误差,分析云信息对反演大气湿度廓线的影响。对比结果表明:未添加云信息时,测试样本的反演湿度廓线与探空廓线的相关系数平均值为0.685,而添加云信息后,相关系数平均值为0.805。相比未添加云信息的反演廓线,添加云信息之后多数高度层的均方根误差均有不同程度减小,而在有云以上高度层表现尤为明显。
  • 图  1  探空数据判定的云信息与毫米波云雷达数据对比

    (a) 云底高度,(b) 云厚度

    Fig. 1  The comparison of cloud information decided by sounding and data of cloud radar

    (a) cloud-base height, (b) cloud thickness

    图  2  正演亮温与观测亮温变化

    (a)22.24 GHz通道,(b)58.00 GHz通道

    Fig. 2  The simulated and themeasured brightness temperatures

    (a) channel of 22.24 GHz, (b) channel of 58.00 GHz

    图  3  未添加云信息的神经网络框图

    Fig. 3  The structure diagram of BPNN without cloud information

    图  4  低云情况下,添加云信息反演廓线、未添加云信息反演廓线与探空廓线对比

    (a)2013年5月2日07:00, (b)2013年5月27日19:00, (c)2014年6月19日19:00, (d)2014年6月20日19:00

    Fig. 4  Comparison of inversion profiles with cloud information, inversion profiles without cloud information and sounding profiles in the case of low cloud

    (a)0700 BT 2 May 2013, (b)1900 BT 27 May 2013, (c)1900 BT 19 Jun 2014, (d)1900 BT 20 Jun 2014

    图  5  中云情况下,添加云信息反演廓线、未添加云信息反演廓线与探空廓线对比

    (a)2013年3月20日07:00, (b)2013年5月25日19:00, (c)2014年6月10日07:00, (d)2014年7月16日19:00

    Fig. 5  Comparison of inversion profiles with cloud information, inversion profiles without cloud information and sounding profiles in the case of middle cloud

    (a)0700 BT 20 Mar 2013, (b)1900 BT 25 May 2013, (c)0700 BT 10 Jun 2014, (d)1900 BT 16 Jul 2014

    图  6  高云情况下,添加云信息反演廓线、未添加云信息反演廓线与探空廓线对比

    (a)2013年4月20日07:00, (b)2013年7月23日07:00, (c)2014年5月28日19:00, (d)2014年6月4日19:00

    Fig. 6  Comparison of inversion profiles with cloud information, inversion profiles without cloud information and sounding profiles in the case of high cloud

    (a)0700 BT 20 Apr 2013, (b)0700 BT 23 Jul 2013, (c)1900 BT 28 May 2014, (d)1900 BT 4 Jun 2014

    图  7  添加云信息反演廓线和未添加云信息反演廓线与探空廓线对比的均方根误差

    (a) 低云情况,(b) 中云情况,(c) 高云情况

    Fig. 7  Root mean square error contrast between inversion profiles with cloud information and inversion profiles without cloud information using sounding profiles as the standard

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

    图  8  以探空数据为标准,添加云信息反演廓线与未添加云信息反演廓线的相关系数对比

    Fig. 8  Related coefficient contrast between inversion profiles with cloud information and inversion profiles without cloud information using sounding profile as the standard

    表  1  正演亮温与观测亮温数据对比

    Table  1  Comparison between the simulated and the measured brightness temperatures

    通道频率/GHz 标准差/K 相关系数
    22.24 2.196 0.986
    23.04 1.966 0.987
    23.84 1.603 0.987
    25.44 1.354 0.983
    26.24 1.069 0.984
    27.84 0.975 0.981
    31.4 1.080 0.974
    51.26 1.493 0.959
    52.28 1.226 0.958
    53.86 0.431 0.943
    54.94 0.271 0.968
    56.66 0.294 0.972
    57.3 0.338 0.969
    58 0.418 0.961
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-10-21
  • 修回日期:  2015-01-08
  • 刊出日期:  2015-03-31

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