风云卫星红外水汽通道亮温正演精度的误差来源分析

发布时间：2020-04-07 17:01

【摘要】：卫星大气探测仪器的正演模拟是资料同化和定量遥感的基础,同二氧化碳吸收通道相比,目前红外水汽探测通道的亮温正演模拟仍然存在较大的误差。本文分析可能造成红外水汽探测通道亮温正演模拟偏差的因素主要有以下三种:一是不同版本水汽吸收谱线差异引起的逐线模式计算误差带入到了进一步的快速辐射传输计算;二是快速辐射传输模式自身计算中产生的误差;三是输入快速模式进行辐射传输计算的大气廓线,其水汽含量数值的不确定性所产生的正演计算精度偏差。本文以最终计算所得的通道亮温偏差作为考量不同因素对风云三号红外分光计水汽通道亮温正演精度误差影响的依据。针对上述三种误差来源,首先以不同版本的水汽吸收谱线作为输入值,在LBLRTM模式中进行逐线计算,通过对计算所得逐光谱数据的卷积计算,对比不同版本水汽吸收谱线差异引起的风云三号红外分光计的通道亮温偏差;其次,本文利用国际上通用的TIGR 43条廓线库作为训练样本,NESDIS 35条廓线库作为独立检验样本,提出了一套可以提高水汽通道快速辐射传输计算精度的方案。该方法选取整层大气水汽总量0.045kg/m~2为阈值对水汽廓线进行分组训练,训练系数应用于RTTOV正演模型并模拟计算风云三号红外分光计的观测亮温,并用于分析快速模式在计算预报因子系数时算法上的偏差造成的通道亮温偏差;最后,以美国标准大气廓线USSA-1976作为输入,通过对其水汽含量的线性改变,对比分析大气廓线水汽含量数值上的偏差所产生的正演计算通道亮温偏差。研究结果表明,利用LBLRTM版本更新前后的水汽吸收谱线进行逐线计算所得的通道亮温偏差在0.04K以下,对于红外水汽通道快速正演计算的亮温偏差影响不大;基于整层大气水汽含量对廓线库进行分组训练,分组后廓线所得的快速模式预报因子系数对于红外水汽通道亮温的正演精度有所改进,该方法对高水汽含量廓线的正演模拟精度改进更为明显,最大可达0.2K;廓线水汽含量的线性变化对于正演模拟的通道亮温有较明显的影响,且当对廓线水汽含量进行线性减少时的影响更为显著,当输入廓线的水汽含量发生5%的变化,对于最终正演所得的通道亮温将带去超过0.3K的偏差,而当这一变化达到30%时,对于最终正演通道亮温的偏差将达到1K以上,甚至在水汽含量减少30%时这一偏差将达到2.5K以上。对比上述三种误差来源对于风云三号红外分光计水汽通道亮温正演精度的影响,可以发现输入快速模式进行正演计算的大气廓线水汽含量数值的不确定性对最终结果的影响最为显著,这也表明了准确观测水汽的重要性。此外,针对水汽快速亮温模拟的误差,本研究提出了一种基于廓线整层大气水汽总量分组训练的方法,可以在RTTOV模式中改进分组后的大气廓线水汽亮温模拟精度,最大可达0.2K。本研究系统分析了红外水汽亮温模拟的误差来源,同时提出了一种改进红外水汽亮温正演精度的方法,对于卫星水汽通道的反演处理、卫星资料同化等具有很强的应用价值。
【学位授予单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P407.6

【参考文献】

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本文编号：2618156