基于FY-3C卫星微波湿温探测仪（MWHTS）的全球降水反演及台风模拟仿真研究

发布时间：2020-07-06 15:05

【摘要】：降水是气候特征的一个重要参数,在全球水循环、区域气候变化、数值天气预报等领域发挥着不可替代的作用。星载微波遥感是获取降水信息的一种重要方式。搭载在极轨气象卫星风云三号C星(FY-3C)上的微波湿温探测仪MWHTS(Microwave Humidity and Temperature Sounder;MWHTS)是一种用来探测全球大气湿温度分布、降水、台风等其它极端天气的重要载荷。本文基于FY-3C/MWHTS的在轨观测遥感数据,建立了全球降水反演算法和台风模拟实验。其中,全球降水反演算法用来反演全球降雨率(mm/hr),为大气科学领域的应用研究提供高精度的降水资料。台风模拟实验可以用来模拟仿真FY-3C/MWHTS的亮度温度,弥补极轨卫星不能实时、连续观测台风快速变化的缺点。本文首先分析了大气微波辐射传输原理,并对快速辐射传输模型CRTM(Community Radiative Transfer Model,CRTM)和RTTOV(Radiative Transfer Model for TOVS,RTTOV)进行了介绍。这些基础性研究工作,为后续基于FY-3C/MWHTS开展全球降水反演和台风模拟仿真工作提供了理论依据。本文通过分析FY-3C/MWHTS的15个通道在不同天气(晴空、水云、雨云)条件下的仿真亮温响应,提出了针对FY-3C/MWHTS在轨遥感数据的全球降水检测算法,这个算法包括全球海洋降水检测算法和全球陆地降水检测算法。结果表明:海洋和陆地降水检测结果准确率分别达到99%和96%,降水检测结果准确率较高,运用该全球降水检测算法能够有效判别降水事件,具有较高的应用价值。在基于FY-3C/MWHTS的全球降水反演研究中,利用MWHTS的1级亮度温度与热带降雨测量卫星Tropical Rainfall Measuring Mission(TRMM)的多卫星降水分析Multi-Satellite Precipitation Analysis(TMPA)3B42产品数据,对全球的降水反演研究采用多元线性回归和BP神经网络两种反演算法来反演降雨率,其中,把位于水汽吸收线附近的183.31 GHz通道用来判定对流类型,使用这两种不同的反演算法分别开展了10种(海洋20种,陆地20种;共40种)模型的降水反演对比研究。结果表明:对流类型对全球海洋和陆地降水反演都具有正效应,都提高了降水反演的精确度,说明本研究使用的对流类型的分类在降水反演中具有合理性和科学性。此外,还开展了基于FY-3C/MWHTS的台风区降雨率反演工作,实现了对台风降水的反演。为了提高降水反演的精度,结合降水检测和降水反演的研究,提出了基于FY-3C/MWHTS的全球降水反演的改进算法。该改进算法中加入了降水检测算法,并且根据前面提出的40种降水模型,对不同的对流类型都选用最优的降水反演算法。海洋和陆地降水反演结果相关性分别达到0.82和0.74,改进的降水反演算法结果有较高的精度,这说明了本研究提出的全球海洋和陆地降水反演算法具有较高的应用价值。为了解决FY-3C作为极轨卫星不能连续观测台风快速变化的问题,加强对台风的监测,本研究还改进了一种基于FY-3C/MWHTS的模拟西太平洋地区台风亮温的方法。首先,利用WRF模型和RTTOV模型对FY-3C/MWHTS的亮温进行仿真。然后,根据不同的象元、通道和纬度带对仿真后的亮温进行线性校正。最后,作为模拟仿真结果的应用,运用降水检测算法来检测台风区域的降水。精确的降水检测率不仅说明了降水检测算法的有效性,还在一定程度上反应了所使用的台风模拟和台风校正方法的准确性。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P407.7
【图文】：

章节安排关系图

图 2.3 微波大气透射率图Figure 2.3 Microwave atmospheric transmittance.于 FY-3C/MWHTS 而言，183.31 GHz 处具有转动吸收谱线，对水汽的较大影响，而且水汽的影响要远大于氧气的影响。而 89 GHz 和 150 G

图 2.5 FY-3C/MWHTS 长时间序列电机电流图Figure 2.5 Long-term sequence motor current diagram of FY-3C/MWHTS.MWHTS 的在轨观测数据为亮度温度，这些观测数据的精确性决定了传感观测的精度，并能够在一定程度上反映传感器的性能水平。在此，以 S-NPP

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本文编号：2743801