留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

FY-3 IRAS水汽通道亮温正演精度改进方法

曹玥瑶 张鹏 马刚 白文广 廖蜜

曹玥瑶, 张鹏, 马刚, 等. FY-3 IRAS水汽通道亮温正演精度改进方法. 应用气象学报, 2016, 27(6): 698-708. DOI: 10.11898/1001-7313.20160606..
引用本文: 曹玥瑶, 张鹏, 马刚, 等. FY-3 IRAS水汽通道亮温正演精度改进方法. 应用气象学报, 2016, 27(6): 698-708. DOI: 10.11898/1001-7313.20160606.
Cao Yueyao, Zhang Peng, Ma Gang, et al. An improvement of brightness temperature simulation of FY-3 IRAS infrared water vapor channel. J Appl Meteor Sci, 2016, 27(6): 698-708. DOI:  10.11898/1001-7313.20160606.
Citation: Cao Yueyao, Zhang Peng, Ma Gang, et al. An improvement of brightness temperature simulation of FY-3 IRAS infrared water vapor channel. J Appl Meteor Sci, 2016, 27(6): 698-708. DOI:  10.11898/1001-7313.20160606.

FY-3 IRAS水汽通道亮温正演精度改进方法

DOI: 10.11898/1001-7313.20160606
资助项目: 

公益性行业 (气象) 科研专项 201506074

国家自然科学基金面上项目 41475031

国家高技术研究发展计划 2015AA123704

详细信息
    通信作者:

    张鹏, E-mail:zhangp@cma.gov.cn

An Improvement of Brightness Temperature Simulation of FY-3 IRAS Infrared Water Vapor Channel

  • 摘要: 卫星大气探测仪器的正演模拟是卫星资料同化和定量遥感的基础, 同CO2吸收通道相比, 目前红外水汽探测通道的亮温正演模拟误差较大。利用国际上通用的TIGR (thermodynamic initial guess retrieval database) 43廓线库作为训练样本, NESDIS (national environment satellite, data and information service) 35廓线库作为独立检验样本, 对水汽廓线按照整层大气水汽总量为阈值进行分组训练, 基于RTTOV (radiative transfer for TOVS) 模型训练获得风云三号气象卫星红外分光计的正演回归系数并模拟计算观测亮温。以0.045 kg·m-2作阈值进行分组训练为例, 结果表明:该方法可有效改进水汽通道亮温的正演精度, 特别是对低水汽含量廓线的模拟精度改进比较明显, 最大可达0.17 K。进一步分析表明:分组训练方法改进水汽通道辐射模拟精度的原因是提高了水汽光学厚度的计算精度。
  • 图  1  利用生成的快速透过率系数和1976标准大气廓线模拟FY-3 IRAS通道亮温 (θ=0°)

    Fig. 1  FY-3 IRAS forward modeling channel brightness temperature result using fast radiative transmittance coefficients and USSA-1976 (θ=0°)

    图  2  利用生成的快速透过率系数和1976标准大气廓线模拟FY-3 IRAS通道权重函数 (θ=0°)

    (a) 15 μm附近温度探测通道1~7, (b) O3探测通道10及水汽探测通道11~13, (c) 4.5 μm附近温度 探测通道14~18, (d) 13 μm附近地表探测通道8~9和4 μm附近地表探测通道19~20

    Fig. 2  FY-3 IRAS forward modeling channel weighting functions using fast radiative transmittance coefficients and USSA-1976 (θ=0°)

    (a) near 15 μm temperature detection channel 1-7, (b) ozone detection channel 10 and water vapor detection channel 11-13, (c) near 4.5 μm temperature detection channel 14-18, (d) near 13 μm surface detection channel 8-9 and near 4 μm surface detection channel 19-20

    图  3  NESDIS 35廓线库对FY-3 IRAS正演亮温标准差分布

    Fig. 3  Forward modeling brightness temperature of FY-3 IRAS using NESDIS 35 profile library

    图  4  TIGR 43和NESDIS 35廓线库单位面积大气柱水汽总量分布

    (a) TIGR 43廓线库, (b) NESDIS 35廓线库

    Fig. 4  Water content of air column per square meter of TIGR 43 and NESDIS 35 profile library

    (a) TIGR 43 profile library, (b) NESDIS 35 profile library

    图  5  利用TIGR 43廓线库的相关精度检验

    (a) 高水汽含量廓线的标准差, (b) 低水汽含量廓线的标准差

    Fig. 5  Relative accuracy test using TIGR 43 profile library

    (a) standard deviation of brightness temperature of high water content selected, (b) standard deviation of brightness temperature of low water content selected

    图  6  利用NESDIS 35廓线库的相关精度检验

    (a) 高水汽含量廓线的标准差, (b) 低水汽含量廓线的标准差

    Fig. 6  Relative accuracy test using NESDIS 35 profile library

    (a) standard deviation of brightness temperature of high water content selected, (b) standard deviation of brightness temperature of low water content selected

    图  7  NESDIS 35廓线库高水汽含量廓线在通道11的逐层光学厚度统计

    Fig. 7  Layer optical depth of channel 11 using high water content selected from NESDIS 35 profile library

    图  8  NESDIS 35廓线库高水汽含量廓线在通道12的逐层光学厚度统计

    Fig. 8  Layer optical depth of channel 12 using high water content selected from NESDIS 35 profile library

    图  9  NESDIS 35廓线库高水汽含量廓线在通道13的逐层光学厚度统计

    Fig. 9  Layer optical depth of channel 13 using high water content selected from NESDIS 35 profile library

    表  1  不同阈值的分组与未分组试验标准差对比结果 (正值为改进值)

    Table  1  The comparison of standard deviation between experiments with or without group training of different threshold values (positive values for improvement)

    阈值/(kg·m-2) 训练前后高水汽含量廓线的标准差差值/K 分组训练前后低水汽含量廓线的标准差差值/K
    通道11 通道12 通道13 通道11 通道12 通道13
    0.025 0.0387 0.0364 -0.0010 0.0202 0.0395 0.2444
    0.045 0.0267 0.0269 0.0012 0.0100 0.0246 0.1772
    0.05 0.0195 0.0174 -0.0039 0.0189 0.0297 0.1738
    0.1 0.0131 0.0131 -0.0073 0.0189 0.0258 0.0954
    下载: 导出CSV
  • [1] 漆成莉, 陈勇, 刘辉, 等.风云三号B星红外分光计的定标和验证.气象科技进展, 2013, 3 (4):60-70. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXKZ201304013.htm
    [2] 漆成莉, 董超华, 张文建, 等.风云三号 (A) 气象卫星红外分光计大气透射率计算试验.红外与毫米波学报, 2005, 24 (3):203-206. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CJFQ&dbname=CJFD2005&filename=HWYH200503009&v=MzE2MTVrVkxySUxUclNackc0SHRUTXJJOUZiWVI4ZVgxTHV4WVM3RGgxVDNxVHJXTTFGckNVUkwyZlkrZG9GeTM=
    [3] 张华, 石广玉.一种快速高效的逐线积分大气吸收计算方法.大气科学, 2000, 24 (1):111-121. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK200001011.htm
    [4] 张华, 石广玉, 刘毅.两种逐线积分辐射模式大气吸收的比较研究.大气科学, 2005, 29 (4):581-593. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK200504008.htm
    [5] Larry M M, Henry E F.Atmospheric transmittance of an absorbing gas.Ⅰ:A computationally fast and accurate transmittance model for absorbing gases with constant mixing ratios in inhomogeneous atmospheres.Appl Opt, 1976, 15 (2):358-363. doi:  10.1364/AO.15.000358
    [6] Larry M M, Henry E F.Atmospheric transmittance of an absorbing gas.Ⅱ:A computationally fast and accurate transmittance model for slant paths at different zenith angles.Appl Opt, 1977, 16 (5):1366-1370. doi:  10.1364/AO.16.001366
    [7] Larry M M, Henry E F.Atmospheric transmittance of an absorbing gas.Ⅲ:A computationally fast and accurate transmittance model for absorbing gases with variable mixing ratios.Appl Opt, 1979, 18 (10):1600-1606. doi:  10.1364/AO.18.001600
    [8] 马刚, 邱崇践, 黎光清, 等.利用RTTOV7快速辐射传输模式模拟风云二号红外和水汽成像通道辐射率的研究.红外与毫米波学报, 2006, 25 (1):37-40. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYH200601010.htm
    [9] Jonathan R E, Harold M W.Transmittance of atmospheric gases in the microwave region:A fast model.Appl Opt, 1988, 27 (15):3244-3249. doi:  10.1364/AO.27.003244
    [10] Eyre J R.A Fast Radiative Transfer Model for Satellite souNding Systems.ECMWF Research Dept Tech Memo, 1991:176. doi:  10.1029/2006JD008208/full#references
    [11] Rayer P J.Fast transmittance model for satellite sounding.Applied Optics, 1995, 34 (31):7387-7394. doi:  10.1364/AO.34.007387
    [12] Rizzi R.Matricardi M.The use of TOVS clear radiances for numerical weather prediction using an updated forward model.Quart J Royal Meteor Soc, 1998, 124 (548):1293-1312. doi:  10.1002/(ISSN)1477-870X
    [13] Saunders R, Matricardi M, Brunel P.An improved fast radiative transfer model for assimilation of satellite radiance observations.Quart J Royal Meteor Soc, 1999, 125 (556):1407-1425. doi:  10.1002/qj.497.v125:556
    [14] Matricardi M, Chevallier F, Kelly G.An improved general fast radiative transfer model for the assimilation of radiance observations.Quart J Royal Meteor Soc, 2004, 130 (596):153-173. doi:  10.1256/qj.02.181
    [15] Saunders R.RTTOV-7 Science and Validation Report.NWP Technical Report, 2002.
    [16] 赵从龙, 蔡化庆, 宋玉东, 等.对流层水汽和液态水的地基微波遥感探测.应用气象学报, 1991, 2 (2):200-207. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=19910226&flag=1
    [17] 李成才, 毛节泰.GPS地基遥感大气水汽总量分析.应用气象学报, 1998, 9 (4):470-477. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=19980469&flag=1
    [18] 黄意玢, 董超华.用940 nm通道遥感水汽总量的可行性试验.应用气象学报, 2002, 13 (2):184-192. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20020224&flag=1
    [19] 何平, 徐宝祥, 周秀骥, 等.地基GPS反演大气水汽总量的初步试验.应用气象学报, 2002, 13 (2):169-183. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20020222&flag=1
    [20] 张弓, 许健民, 黄意玢.用FY-1C两个近红外太阳反射光通道的观测数据反演水汽总含量.应用气象学报, 2003, 14 (4):385-394. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20030448&flag=1
    [21] 胡秀清, 黄意玢, 陆其峰, 等.利用FY-3A近红外资料反演水汽总量.应用气象学报, 2011, 22 (1):46-56. doi:  10.11898/1001-7313.20110105
    [22] 马刚.FY3大气垂直探测器辐射资料的同化应用及研究.兰州:兰州大学, 2008:64-65.
    [23] 杨军, 董超华.新一代风云极轨气象卫星业务产品及应用.北京:科学出版社, 2011:12-20.
  • 加载中
图(9) / 表(1)
计量
  • 摘要浏览量:  2334
  • HTML全文浏览量:  1110
  • PDF下载量:  372
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-07
  • 修回日期:  2016-06-03
  • 刊出日期:  2016-11-30

目录

    /

    返回文章
    返回