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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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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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