一种星载微波辐射计观测亮温数据误差的估计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种星载微波辐射计观测亮温数据误差的估计方法及系统，方法包括：通过数值预报模式预报得到覆盖星载微波辐射计观测亮温数据区域的一组大气廓线，进行插值得到星载微波辐射计观测亮温T

【技术实现步骤摘要】
一种星载微波辐射计观测亮温数据误差的估计方法及系统
本专利技术属于微波遥感及探测
，更具体地，涉及一种星载微波辐射计观测亮温数据误差的估计方法及系统。
技术介绍
大气温湿度是影响全球气象与气候变化的重要参数。每年热带风暴、台风等灾害性天气给多国带来了巨大的生命和财产损失，因此大气温湿度探测在全球天气预报的研究中发挥的作用越来越重要。一般采用星载多频率微波辐射计实现全球大气探测，微波辐射计可全天时、全天候探测全球大气温湿度的垂直分布、水汽含量和降水量等空间气象资料，在大气探测中起到了重要的作用。微波大气探测的核心是定量化。对于星载微波辐射计观测亮温数据而言，亮温精度，也就是观测亮温误差是最重要的指标。辐射计观测亮温数据的本质就是对应微波遥感亮温图像的数值矩阵，但观测误差估计的难点在于对应各个观测像元的亮温真实值是不可知的，因此星载微波辐射计观测亮温数据的精度评估关键是获取高质量的参考对比数据，再通过误差统计去定量化评估星载微波辐射计观测亮温数据的质量。目前本领域主流的精度评估方案是将星载微波辐射计观测亮温数据与辐射传输(RT)模式模拟亮温数据进行对比，计算O-B差值，用O-B差值的统计参数来评估星载微波辐射计观测亮温的误差大小。但基于O-B的星载微波辐射计观测亮温误差评估方法存在的主要问题就是观测亮温和模拟亮温的O-B误差实际上是由RT模式输入的大气参数误差、RT模型计算误差和星载微波辐射计观测误差这三种误差项共同构成的，传统上从O-B差值里是无法对以上三种误差项进行分离，也就无法估计真实的星载微波辐射计观测亮温数据误差，因此对观测亮温的精度评估性能构成了较大的局限。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种星载微波辐射计观测亮温数据误差的估计方法，其目的在于，基于观测亮温与模拟亮温差的数学模型和统计数据开展误差分离研究，估计得到真实的星载微波辐射计观测亮温误差，从而能够更加精确的定量评估星载微波辐射计微波观测亮温的精度。为实现上述目的，本专利技术一方面提出了一种星载微波辐射计观测亮温数据误差的估计方法，包括：基于气象再分析资料，通过数值预报模式预报得到覆盖星载微波辐射计观测亮温数据区域的一组大气廓线；对得到的原始大气廓线进行插值，使得插值过后得到的大气廓线与星载微波辐射计观测亮温TA的像素数量相同；将插值得到的大气廓线送入RT模式1、RT模式2和RT模式3，分别得到三组观测亮温通道频率相同的RT模式模拟亮温TB1、TB2和TB3；基于星载微波辐射计观测与模拟亮温差的数学模型和统计数据开展误差因素分离，得到星载微波辐射计观测误差、输入大气参数误差和RT模式计算误差三种误差项；以分离得到的星载微波辐射计观测误差去定量化评估星载微波辐射计观测亮温数据质量。进一步地，所述误差分离模型是由三个独立的O-B方程组成的，并基于此求解真实的星载微波辐射计观测亮温误差。进一步地，所述误差分离模型的构建具体包括：(1)列出星载微波辐射计星载微波观测亮温TA与RT模式模拟亮温TB的数学表达式；(2)通过将星载微波辐射计观测亮温与RT模式模拟亮温做差并使用一定的数学变换，将O-B(观测亮温TA减模拟亮温TB)差异的组成部分直观的表示出来；(3)分析O-B误差的频谱特性，建立误差分离模型，进行误差分离。进一步地，所述步骤(1)中的星载微波辐射计观测亮温TA与RT模式模拟亮温TB的数学表达式具体为：TB＝RTx(xt+Δx)；RTt指真实大气辐射传输模式，xt指大气真实廓线，Δx指使用WRF(WeatherResearchandForecastModel)数值预报模式预报的大气廓线参数引入的偏差，Hm指星载微波辐射计系统观测模型，noisem指星载微波辐射计系统噪声，RTx指选用的某种微波辐射传输模式。进一步地，所述步骤(2)中的数学变换具体为：1)当Δx足够小时，有RTt(xt+Δx)＝RTt(xt)+RTt(Δx)＝RTt(xt)+ΔTBxb；2)令ΔTBx＝RTx(xt+Δx)-RTt(xt+Δx)。进一步地，所述步骤(2)中O-B的数学表达式具体为：差异可分为三部分，星载微波辐射计观测误差项输入大气参数误差项ΔTBxb和RT模式计算误差项ΔTBx。进一步地，所述步骤(3)中的误差分离模型具体为：Ax＝b，式中，x＝(x1，x2，x3，x4，x5)T，b＝(b1，b2，b3)T；x列向量中，x1指星载微波辐射计观测误差项x2～x4指三种RT模式计算误差项ΔTB1、ΔTB2和ΔTB3，x5指输入大气参数误差项ΔTBxb；b列向量中，b1～b3分别指三种RT模式亮温下，计算得到的O-B误差值。进一步地，所述步骤(3)中误差分离得到的解是最小二乘解，具体为：x＝AT(AAT)-1。本专利技术另一方面提供了一种星载微波辐射计观测亮温数据误差的估计系统，包括：TA获取模块，用于基于气象再分析资料，通过数值预报模式预报得到覆盖星载微波辐射计观测亮温数据区域的一组原始大气廓线，对得到的原始大气廓线进行插值，使得插值过后得到的大气廓线与星载微波辐射计观测亮温TA的像素数量相同；TB获取模块，用于将插值得到的大气廓线送入辐射传输RT模式，得到观测亮温通道频率相同的的RT模式模拟亮温TB；误差获取模块，用于基于TA与TB误差的数学模型和统计数据开展误差因素分离，得到星载微波辐射计观测亮温误差；误差评估模块，以分离得到的星载微波辐射计观测亮温误差去定量化评估星载微波辐射计观测亮温数据质量。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：本专利技术提出的技术方案能够在“O-B”方案的基础上对输入大气参数误差、RT模型计算误差和辐射计观测误差这三种误差进行有效分离，并单独估计星载微波辐射计观测误差，能够有效地提高星载微波辐射计观测亮温质量评估的精度。附图说明图1是本专利技术方法实施例的实现流程图；图2(a)是本专利技术方法实施例1中的FY3D-MWTS辐射计50.3GHz频段的观测亮温图像；图2(b)是本专利技术方法实施例1中的FY3D-MWTS辐射计50.3GHz频段DOTLRT模拟亮温图像；图2(c)是本专利技术方法实施例1中的FY3D-MWTS辐射计50.3GHz频段CRTM模拟亮温图像；图2(d)是本专利技术方法实施例1中的FY3D-MWTS辐射计50.3GHz频段RTTOV模拟亮温图像。图3是本专利技术方法实施例1中的FY3D-MWTS辐射计分离的辐射计观测误差与OMB误差对比直方图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提出了一种星载微波辐射计观测亮温数据误差本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载微波辐射计观测亮温数据误差的估计方法，其特征在于，包括：/n基于气象再分析资料，通过数值预报模式预报得到覆盖星载微波辐射计观测亮温数据区域的一组原始大气廓线，对得到的原始大气廓线进行插值，使得插值过后得到的大气廓线与星载微波辐射计观测亮温T

【技术特征摘要】
1.一种星载微波辐射计观测亮温数据误差的估计方法，其特征在于，包括：
基于气象再分析资料，通过数值预报模式预报得到覆盖星载微波辐射计观测亮温数据区域的一组原始大气廓线，对得到的原始大气廓线进行插值，使得插值过后得到的大气廓线与星载微波辐射计观测亮温TA的像素数量相同；
将插值过后得到的大气廓线送入辐射传输RT模式，得到与观测亮温通道频率相同的的RT模式模拟亮温TB；
基于TA与TB误差的模型开展误差因素分离，得到星载微波辐射计观测亮温误差；
以分离得到的星载微波辐射计观测亮温误差去定量化评估星载微波辐射计观测亮温数据质量。


2.根据权利要求1所述的一种星载微波辐射计观测亮温数据误差的估计方法，其特征在于，所述误差因素分离的模型由三个独立的O-B方程组成，并基于此求解真实的星载微波辐射计观测亮温误差，其中O-B代表星载微波辐射计观测亮温TA与RT模式模拟亮温TB的差值。


3.根据权利要求2所述的一种星载微波辐射计观测亮温数据误差的估计方法，其特征在于，所述误差因素分离的模型的构建具体包括：
(1)列出星载微波辐射计观测亮温TA与RT模式模拟亮温TB的数学表达式；
(2)通过将星载微波辐射计观测亮温TA与RT模式模拟亮温TB做差并进行数学变换得到O-B误差；
(3)分析O-B误差的频谱特性，进行误差分离。


4.根据权利要求3所述的一种星载微波辐射计观测亮温数据误差的估计方法，其特征在于，所述步骤(1)中的星载微波辐射计观测亮温TA与RT模式模拟亮温TB的数学表达式具体为：



TB＝RTx(xt+Δx)
其中，RTt指真实大气辐射传输模式，xt指大气真实廓线，Δx指使用WRF数值预报模式预报的大气廓线参数引入的偏差，Hm指星载微波辐射计系统观测模型，noisem指星载微波辐射计系统噪声，RTx指选用的微波辐射传输模式。


5.根据权利要求3所述的一种星载微波辐射计观测亮温数据误差的估计方法，其特征在于，所述步骤(2)中的数学变换具体为：
RTt(xt+Δx)＝RTt(xt)+RTt(Δx)＝RTt(xt)+ΔTBxb
ΔTBx＝RTx(xt+Δx)-RTt(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈柯，李立明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42