基于实时云顶高度的卫星红外高光谱同化通道选择方法技术

本发明专利技术涉及气象信息处理技术领域，包括基于实时云顶高度的卫星红外高光谱同化通道选择方法，具体按以下步骤执行；首先建立的卫星探测像元内次像元云量、云顶高度时的云环境通道亮温与完全晴空的通道亮温差的对应关系，再计算红外高光谱通道的晴空亮温；再计算红外高光谱通道的云区亮温和计算晴空和云区的亮温差；最后对卫星红外高光谱长波波段通道循环上述步骤，计算每个通道晴空与云环境亮温差相对像元云量和云顶高度的查找表。本发明专利技术基于完备的物理学定量解析方程开发算法，不依赖统计的样本分布和代表，本发明专利技术秩序预先建立权重函数单调升高或单调降低的温度探测通道序列，与星载红外高光谱探测器的工作状态无关，资料成熟且可信度高。且可信度高。且可信度高。

【技术实现步骤摘要】
基于实时云顶高度的卫星红外高光谱同化通道选择方法


[0001]本专利技术涉及气象信息处理
，具体为基于实时云顶高度的卫星红外高光谱同化通道选择方法。

技术介绍

[0002]高光谱红外探测器资料的同化已成为当前研究最主要的关注点之一，由于受红外辐射无法穿透云层的影响，卫星高光谱红外大气探测资料在同化时进行云检测以剔除受云影响的观测非常重要。针对不同的高光谱红外大气探测器，诸多研究人员通过不同方法提出了多种高光谱红外观测资料的云检测方法。基于贝叶斯理论提出的晴空视场检测法(English et al.，1999)可以给出观测视场无云概率并能用于各种卫星资料上，但该方法最保守且只能保留约5％的资料(Pavelin et al.，2008)。二氧化碳切片法(Chahine，1974；Menzel et al.，1983)基于辐射传输主成分来反演云顶气压和有效云量，借助高光谱卫星中的窗区通道实现三维云检测，并且能将三维云参数输入快速辐射传输模式中用于模拟云区辐射。McNally and Watts云检测方法(McNally and Watts，2003)假定背景和观测信息无偏差，基于晴空条件下的背景亮温与实际观测亮温关系检测通道观测是否受云影响，同样为三维云检测且计算效率比二氧化碳切片法更高。云清除方法(Eyre and Watts，1987；Li et al.，2005)假定相邻视场的观测中只有云量会发生变化，综合多视场的观测得到目标视场的等效晴空辐射值，但因该假设通常很少成立而难以实际在数值预报中应用。云掩膜辅助法(Li et al.，2004)考虑到高分辨率成像仪资料能提供云掩膜、云相态等信息，能够给高光谱红外观测资料带来更多云参数以实现云检测，然而基于二维的晴空视场检测让该方法容易过多剔除高层并未受云影响的观测。经验表明：当卫星红外高光谱部分通道存在噪音较大、或像元配准等上存在较大偏差而导致难以将观测偏差良好处理的问题时，受云污染和高光谱探测数据很难和晴空数据区分，从而难以实际在数值预报中应用。所以就需要一种基于实时云顶高度的卫星红外高光谱同化通道选择方法；

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供基于实时云顶高度的卫星红外高光谱同化通道选择方法；
[0004]本专利技术是这样实现的，本专利技术提供基于实时云顶高度的卫星红外高光谱同化通道选择方法；具体按以下步骤执行；
[0005]S1：建立的卫星探测像元内次像元云量、云顶高度时的云环境通道亮温与完全晴空的通道亮温差的对应关系，具体包括计算红外高光谱通道的晴空亮温、云区亮温、计算晴空和云区的亮温差具体包括云廓线数据集、卫星高光谱传感器参数和晴空大气廓线数据集。
[0006]S
1.1
：计算红外高光谱通道的晴空亮温；具体如式(1)；
[0007][0008]其中：L
clr
(v)是各个红外高光谱通道的晴空亮温，τ
x
(v)是卫星观测方向上从地面到大气顶的透过率，ε
s
(v)是地表发射率，B(v，T
s
)是地表温度为T
s
时的普朗克函数，B(v，T)是温度为T时的普朗克函数。
[0009]S
1.2
：计算红外高光谱通道的云区亮温，如式(2)；
[0010][0011]式中，L
cld
(v)是各个红外高光谱通道的云区亮温，τ
cld
(v)是卫星观测方向上从云顶到大气顶的透过率，B(v，T
cld
)是云顶温度为T
cld
时的普朗克函数，B(v，T)是温度为T时的普朗克函数。
[0012]S
1.3
：计算晴空和云区的亮温差；如式(3)
[0013]diff＝L
clr
(v)
‑
L(v)＝N(L
clr
(v)
‑
L
cld
(v))
ꢀꢀ
式(3)
[0014]式中，L
clr
(v)是各个红外高光谱通道的晴空亮温，L
cld
(v)是各个红外高光谱通道的云区亮温，L(v)是各个红外高光谱通道的亮温，N为云量。对步骤S
1.3
中的N从0
‑
1循环取值，间隔步长为0.1，每次N取值时，云顶高度从1000hPa到322hPa循环取值，计算不同云顶高度和云量下的晴空与云环境的通道亮温差。
[0015]S2：对卫星红外高光谱长波波段通道循环步骤S
1.1
‑
S
1.2
，计算每个通道晴空与云环境亮温差相对像元云量和云顶高度的查找表。
[0016]S3：根据GIIRS像元的匹配总云量和在每个等压面的分层云量，在给定晴空与云环境亮温差的基础上，从322hPa向1000hPa逐个等压面搜索查找表，直到找到第一个满足总云量与分层云量对应的通道，该通道的权重函数高度即为GIIRS像元的代表性云顶高度。
[0017]进一步，以风云四号卫星AGRI和GIIRS的云顶高度计算为例，利用像元面积融合将AGRI的云检测和云顶高度反演数据匹配到GIIRS像元，在GIIRS像元统计匹配的有云AGRI数量，GIIRS云量＝有云AGRI像元数/匹配的AGRI像元总数。
[0018]进一步，在GIIRS像元，从322hPa向1000hPa逐个等压面统计匹配AGRI像元云顶高度与等压面高度相同的像元数，一旦发现满足条件的AGRI像元，GIIRS像元在该等压面的分层云量加一，且该高度以下的等压面不在统计该AGRI像元。
[0019]进一步，根据GIIRS像元的匹配总云量和在每个等压面的分层云量，在给定晴空与云环境亮温差的基础上，从322hPa向1000hPa逐个等压面搜索查找表，直到找到第一个满足总云量与分层云量对应的通道，该通道的权重函数高度即为GIIRS像元的代表性云顶高度。
[0020]进一步，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被主控制器执行时实现如上述中任一顶所述的方法。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术一方面将静止卫星红外成像资料反演的云检测匹配到红外高光谱探测像元，一方面将红外成像资料的云顶高度反演产品匹配到红外高光谱探测像元。利用预先建立的卫星探测像元内次像元云量、云顶高度时的云环境通道亮温与完全晴空的通道亮温差的对应关系，建立查找表，计算像元代表性云顶高度，从而实现了红外高光谱像元的云顶高度判定。卫星搭载的红外成像仪自上世纪80年代开始投入使用，探测数据稳定性好，当红外高光谱部分通道性能不稳定，无法提供红外高光谱自身云检测时，基于卫星红外探测像元参数融合的云顶高度计算方法仍然能够提供稳定的三维云检测产品。
[0023]本专利技术具有以下优点：
[0024]1、该方法基于完备的物理学定量解析方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于实时云顶高度的卫星红外高光谱同化通道选择方法，其特征在于，具体按以下步骤执行；S1:建立的卫星探测像元内次像元云量、云顶高度时的云环境通道亮温与完全晴空的通道亮温差的对应关系，具体包括；S
1.1
:计算红外高光谱通道的晴空亮温；S
1.2
:计算红外高光谱通道的云区亮温；S
1.3
:计算晴空和云区的亮温差；S2:对卫星红外高光谱长波波段通道循环步骤S
1.1
‑
S
1.2
，计算每个通道晴空与云环境亮温差相对像元云量和云顶高度的查找表。2.根据权利要求1所述的基于实时云顶高度的卫星红外高光谱同化通道选择方法，其特征在于，根据GIIRS像元的匹配总云量和在每个等压面的分层云量，在给定晴空与云环境亮温差的基础上，从322hPa向1000hPa逐个等压面搜索查找表，直到找到第一个满足总云量与分层云量对应的通道，该通道的权重函数高度即为GIIRS像元的代表性云顶高度。3.根据权利要求1所述的基于实时云顶高度的卫星红外高光谱同化通道选择方法，其特征在于，在步骤S
1.1
中，具体如式(1)；其中：L
clr
(v)是各个红外高光谱通道的晴空亮温，τ
s
(v)是卫星观测方向上从地面到大气顶的透过率，ε
s
(v)是地表发射率，B(v，T
s
)是地表温度为T
s
时的普朗克函数，B(v，T)是温度为T时的普朗克函数。4.根据权利要求1所述的基于实时云顶高度的卫星红外高光谱同化通道选择方法，其特征在于，在步骤S
1.2
中，如式(2)；式中，L
cld

【专利技术属性】
技术研发人员：马刚，闫旭升，张鹏，巩欣亚，
申请(专利权)人：国家卫星气象中心国家空间天气监测预警中心，
类型：发明
国别省市：