一种降水时微波辐射计反演大气廓线的校正方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种降水时微波辐射计反演大气廓线的校正方法及装置，其方法包括：基于降水时同时段获取的微波辐射计天顶观测反演大气廓线与探空观测大气廓线的偏差，确定产生偏差的降水影响因子的表征量，并建立降水时微波辐射计天顶观测反演大气廓线的校正模型，实时获取降水时微波辐射计天顶观测反演大气廓线以及所述降水影响因子的表征量，输入至校正模型，得到校正后的微波辐射计天顶观测反演大气廓线。本发明专利技术通过分析降水时微波辐射计天顶观测反演大气廓线与探空大气廓线的偏差，确定了所述偏差的降水影响因子的表征量，并建立校正模型，实现减小降水时微波辐射计天顶观测反演大气廓线偏差的目的。演大气廓线偏差的目的。演大气廓线偏差的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种降水时微波辐射计反演大气廓线的校正方法及装置


[0001]本专利技术涉及微波遥感
，具体涉及一种降水时微波辐射计反演大气廓线的校正方法及装置。

技术介绍

[0002]地基微波辐射计是一种典型的被动遥感设备，可以测量22～30GHz和51～59GHz频段的大气辐射亮温，由于这些辐射亮温的数值与大气水汽、氧分子和云液态水的辐射相关，利用测量的辐射亮温值可反演得到大气温度、湿度、水汽密度以及云液态水廓线等参量，微波辐射计反演大气廓线的时间分辨率为分钟级别，可以弥补常规气象探空时间分辨率粗的不足，能够捕捉中小尺度天气系统的精细热力结构，因此越来越多的国家开始布设微波辐射计监测网，将其应用于灾害天气监测与机理研究、数值模式预报、气候和云物理研究。
[0003]现有技术中，使用微波辐射计进行大气辐射亮温观测主要采用天顶观测和斜天顶观测这两种技术方案。由于在微波辐射计反演大气廓线的方法中，并未考虑大气中液态水对大气微波能量的散射和发射/吸收的效应，大气中液态水的存在会影响微波波段的亮温观测，而且降水时若微波辐射计的天线罩有水膜形成也会影响微波波段的亮温观测，造成降水时微波辐射计反演大气温度和水汽密度等廓线的偏差增大。另外，微波辐射计的天线罩是倒U形结构，这种倒U形结构使得降水时水滴容易在天线罩顶部形成水膜，而由于重力作用水滴在天线罩两侧不易形成水膜，天线罩两侧的辐射亮温观测受降水的影响比天顶方向小，因此天顶观测技术方案受降水影响较大，而斜天顶观测技术方案受降水的影响比天顶方向小。斜天顶观测技术方案采用了仰角15<br/>°
的斜天顶辐射亮温来替代仰角90
°
的天顶辐射亮温来构建大气廓线反演模型，通过对比分析和定量研究，发现微波辐射计采用斜天顶观测亮温反演大气廓线的偏差小于天顶观测亮温，可以减小降水对微波辐射计反演大气廓线的影响。但微波辐射计增加斜天顶观测技术模块需要额外定制，增加了观测成本；另外，微波辐射计采用斜天顶观测技术反演得到的大气廓线在天顶方向的表征力不如天顶观测技术。
[0004]综上，现有技术在采用微波辐射计反演大气廓线时，存在无法兼顾观测成本、反演大气廓线的精度及表征力的技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种降水时微波辐射计反演大气廓线的校正方法及装置，用以解决现有技术中存在的无法兼顾观测成本、反演大气廓线的精度及表征力的技术问题。
[0006]一方面，本专利技术提供了一种降水时微波辐射计反演大气廓线的校正方法，包括：
[0007]基于降水时同时段获取的微波辐射计天顶观测反演大气廓线与探空观测大气廓线的偏差，确定产生所述偏差的降水影响因子的表征量；
[0008]基于所述降水时降水影响因子的表征量以及微波辐射计天顶观测反演大气廓线
和探空观测大气廓线，建立降水时微波辐射计天顶观测反演大气廓线的校正模型；
[0009]实时获取降水时微波辐射计天顶观测反演大气廓线以及所述降水影响因子的表征量，输入至所述降水时微波辐射计天顶观测反演大气廓线的校正模型，得到校正后的微波辐射计天顶观测反演大气廓线。
[0010]在一些可能实现的方式中，所述基于降水时同时段获取的微波辐射计天顶观测反演大气廓线与探空观测大气廓线的偏差，确定产生所述偏差的降水影响因子的表征量之前，还包括：
[0011]获取气象站历史降水观测数据、微波辐射计天顶观测反演大气廓线和整层大气参量数据、探空观测大气廓线数据；
[0012]基于所述气象站历史降水观测数据、微波辐射计天顶观测反演大气廓线和整层大气参量数据、探空观测大气廓线数据，建立时间匹配的初始数据组；
[0013]基于所述初始数据组，将所述探空观测大气廓线的垂直分辨率插值到所述微波辐射计天顶观测反演大气廓线的垂直分辨率上，建立时间和垂直分辨率都匹配的目标数据组。
[0014]在一些可能实现的方式中，所述目标数据组，包括：
[0015]时间和垂直分辨率都匹配的微波辐射计反演温度和水汽密度廓线及探空观测的温度和水汽密度廓线，以及时间匹配的降水数据和微波辐射计反演的整层液态水含量。
[0016]在一些可能实现的方式中，所述基于降水时同时段获取的微波辐射计天顶观测反演大气廓线与探空观测大气廓线的偏差，确定产生所述偏差的降水影响因子的表征量，包括：
[0017]基于所述目标数据组，计算微波辐射计反演温度和水汽密度廓线相对于探空观测温度和水汽密度廓线的偏差，得到微波辐射计反演温度和水汽密度廓线偏差数据；
[0018]计算降水时所述微波辐射计反演的整层液态水含量与同时期地面降水量的相关性，并分别计算整层液态水含量与所述微波辐射计反演温度和水汽密度廓线偏差的相关性；
[0019]基于所述相关性确定所述整层液态水含量与所述微波辐射计反演温度和水汽密度廓线偏差的相关度，确定所述整层液态水含量作为产生所述偏差的降水影响因子的表征量。
[0020]在一些可能实现的方式中，所述基于所述降水时降水影响因子的表征量以及微波辐射计天顶观测反演大气廓线和探空观测大气廓线，建立降水时微波辐射计天顶观测反演大气廓线的校正模型，包括：
[0021]采用多元线性回归方法，以降水时微波辐射计天顶观测反演温度廓线和整层液态水含量为自变量，探空观测温度廓线为因变量，分别建立微波辐射计各高度层温度的多元线性回归校正模型：
[0022]YTi＝ai*XTi+bi*XL+ci
[0023]以降水时微波辐射计天顶观测反演水汽密度廓线和整层液态水含量为自变量，探空观测水汽密度廓线为因变量，分别建立微波辐射计各高度层水汽密度的多元线性回归校正模型：
[0024]YVi＝ai*XVi+bi*XL+ci
[0025]其中a、b、c为回归模型系数，i＝1,2,3,
……
n，n为微波辐射计反演廓线的高度层数，XT为微波辐射计天顶观测反演温度廓线，XL为整层液态水含量，YT为探空观测温度廓线，XV为微波辐射计天顶观测反演水汽密度廓线，YV为探空观测水汽密度廓线；
[0026]所述微波辐射计各高度层温度的多元线性回归校正模型和微波辐射计各高度层水汽密度的多元线性回归校正模型，共同构成降水时微波辐射计天顶观测反演大气廓线的校正模型。
[0027]在一些可能实现的方式中，所述实时获取降水时微波辐射计天顶观测反演大气廓线以及整层液态水含量，输入至所述降水时微波辐射计天顶观测反演大气廓线的校正模型，得到校正后的微波辐射计天顶观测反演大气廓线，包括：
[0028]实时获取所述降水时微波辐射计天顶观测反演得到的未校正的温度和水汽密度廓线及整层液态水含量；
[0029]将所述未校正的温度廓线及整层液态水含量作为自变量，代入所述各高度层温度的多元线性回归校正模型，计算得到校正后的微波辐射计各高度层温度：
[0030]XTci＝ai*XTi+bi*XL+ci
[0031]将所述未校正的水汽密度廓线及整层液态水含量作为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降水时微波辐射计反演大气廓线的校正方法，其特征在于，包括：基于降水时同时段获取的微波辐射计天顶观测反演大气廓线与探空观测大气廓线的偏差，确定产生所述偏差的降水影响因子的表征量；基于所述降水时降水影响因子的表征量以及微波辐射计天顶观测反演大气廓线和探空观测大气廓线，建立降水时微波辐射计天顶观测反演大气廓线的校正模型；实时获取降水时微波辐射计天顶观测反演大气廓线以及所述降水影响因子的表征量，输入至所述降水时微波辐射计天顶观测反演大气廓线的校正模型，得到校正后的微波辐射计天顶观测反演大气廓线。2.根据权利要求1所述的一种降水时微波辐射计反演大气廓线的校正方法，其特征在于，所述基于降水时同时段获取的微波辐射计天顶观测反演大气廓线与探空观测大气廓线的偏差，确定产生所述偏差的降水影响因子的表征量之前，还包括：获取气象站历史降水观测数据、微波辐射计天顶观测反演大气廓线和整层大气参量数据、探空观测大气廓线数据；基于所述气象站历史降水观测数据、微波辐射计天顶观测反演大气廓线和整层大气参量数据、探空观测大气廓线数据，建立时间匹配的初始数据组；基于所述初始数据组，将所述探空观测大气廓线的垂直分辨率插值到所述微波辐射计天顶观测反演大气廓线的垂直分辨率上，建立时间和垂直分辨率都匹配的目标数据组。3.根据权利要求2所述的一种降水时微波辐射计反演大气廓线的校正方法，其特征在于，所述目标数据组，包括：时间和垂直分辨率都匹配的微波辐射计反演温度和水汽密度廓线及探空观测的温度和水汽密度廓线，以及时间匹配的降水数据和微波辐射计反演的整层液态水含量。4.根据权利要求3所述的一种降水时微波辐射计反演大气廓线的校正方法，其特征在于，所述基于降水时同时段获取的微波辐射计天顶观测反演大气廓线与探空观测大气廓线的偏差，确定产生所述偏差的降水影响因子的表征量，包括：基于所述目标数据组，计算微波辐射计反演温度和水汽密度廓线相对于探空观测温度和水汽密度廓线的偏差，得到微波辐射计反演温度和水汽密度廓线偏差数据；计算降水时所述微波辐射计反演的整层液态水含量与同时期地面降水量的相关性，并分别计算整层液态水含量与所述微波辐射计反演温度和水汽密度廓线偏差的相关性；基于所述相关性确定所述整层液态水含量与所述微波辐射计反演温度和水汽密度廓线偏差的相关度，确定所述整层液态水含量作为产生所述偏差的降水影响因子的表征量。5.根据权利要求1所述的一种降水时微波辐射计反演大气廓线的校正方法，其特征在于，所述基于所述降水时降水影响因子的表征量以及微波辐射计天顶观测反演大气廓线和探空观测大气廓线，建立降水时微波辐射计天顶观测反演大气廓线的校正模型，包括：采用多元线性回归方法，以降水时微波辐射计天顶观测反演温度廓线和整层液态水含量为自变量，探空观测温度廓线为因变量，分别建立微波辐射计各高度层温度的多元线性回归校正模型：YT
i
＝a
i
*XT
i
+b
i
*XL+c
i
以降水时微波辐射计天顶观测反演水汽密度廓线和整层液态水含量为自变量，探空观测水汽密度廓线为因变量，分别建立微波辐射计各高度层水汽密度的多元线性回归校正模
型：YV
i
＝a
i
*XV
i
+b
i
*XL+c

【专利技术属性】
技术研发人员：徐桂荣，张文刚，
申请(专利权)人：中国气象局武汉暴雨研究所，
类型：发明
国别省市：