【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于大气科学和遥感研究领域，具体涉及一种基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法。
技术介绍
1、近年来，随着卫星探测技术的飞速发展，人们对地球大气、海洋和陆地的观测能力得到显著提升。比如，新一代静止地球轨道卫星提供的高时空分辨率红外亮温观测已被广泛应用于从地表到高层的气象要素反演，以及快速循环同化更新的高分辨率数值预报系统中，在灾害性天气的监控和预警预测中发挥着不可或缺的重要作用。
2、与传统的地面气象观测不同，卫星观测的大气层顶红外亮温提供的是对气象要素的间接测量。为了在数值天气预报中有效利用这些观测数据，需要设计合适的资料同化方案，其中，提高快速辐射传输模型模拟数值模式背景场下的红外亮温精度，是提升卫星资料同化性能的重要发展方向之一。然而相比大洋上空的卫星观测，由于陆地地表发射率和地表温度估计难题，陆上红外亮温模拟值偏离观测较多，进而导致数值模式无法利用这些包含近地层温度、湿度信息的宝贵地表敏感通道资料。
3、以风云四号卫星agri成像仪的全圆盘观测区域为例，其显著特点是能够对特定的大范围区域进行连续时空观测，为天气监测和预报提供宝贵的数据支持。然而，在静止卫星的大范围观测区域内，受下垫面地形非均匀性影响，地表辐射和地表温度等热力特征常表现出显著空间异质性。如图1所示，在地形复杂区，地形三维结构特征（坡度、坡向、天空可见因子、地形开阔度）对地表太阳辐射（直接、散射、周围地形反射辐射）的时空分布有着重要影响。例如：山地自身地形坡度、坡向调节太阳入射角度，周围地形遮蔽太阳直接辐射，地
4、总之，数值模式对地形复杂区地表辐射的模拟偏差会显著影响地表温度模拟能力，进而加剧陆上卫星红外亮温模拟偏差，限制窗区通道资料的同化利用率和效果。鉴于此，亟需发展适用于地形复杂区的静止卫星陆上窗区通道资料同化方案。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中存在的技术问题之一。
2、本专利技术的目的在于提供一种基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法，改进数值模式对地形复杂区地表辐射和地表温度模拟能力，提高静止卫星陆上窗区通道资料同化性能。
3、为了达到上述的目的，本专利技术一方面提供一种基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法，其特征在于，包括：
4、针对静止卫星的固定观测区域，基于高分辨率地形高程数据，建立微观地形因子静态基础数据集；
5、根据微观地形因子静态基础数据集，计算大气数值模式模拟区域静态地形修正参数，作为网格尺度静态修正因子；
6、以网格尺度静态修正因子，实时修正模拟区域太阳辐射通量，在大气数值模式中引入次网格地形三维地表太阳辐射效应；
7、基于耦合山地太阳辐射效应的大气数值模式，建立考虑山地太阳辐射效应的静止卫星陆上地表敏感通道资料同化方案。
8、本专利技术进一步优选地技术方案为，所述针对静止卫星的固定观测区域，基于高分辨率地形高程数据，建立微观地形因子静态基础数据集；包括：基于高分辨率地形高程数据，分别计算各个次网格格点的坡度、坡向、天空可见因子，以及遮蔽系数，建立微观地形因子静态基础数据集。
9、作为优选，坡度、坡向、天空可见因子，以及遮蔽系数的计算式分别为：
10、
11、
12、
13、
14、其中，、分别为在海拔高度采用交错差分格式求得的在、方向的梯度；k代表从0~360o逐10o积分的总方向数，和分别为第k个方向上的方位角和最大地形高度仰角。
15、作为优选，所述根据微观地形因子静态基础数据集，计算大气数值模式模拟区域静态地形修正参数，作为网格尺度静态修正因子；具体为，进行次网格向网格尺度的聚合计算，获取网格尺度随时间无关的地形修正量、、、以及，作为网格尺度静态修正因子。
16、作为优选，地形修正量、、、以及的计算式分别为：
17、
18、
19、
20、
21、
22、其中，n代表模式网格内次网格点i的总数，和分别为太阳天顶角和方位角；，；为次网格点i的坡度，为次网格点i的坡向，为次网格点i的天空可见因子，为次网格点i的遮蔽系数。
23、作为优选，所述以网格尺度静态修正因子，实时修正模拟区域太阳辐射通量，在大气数值模式中引入次网格地形三维地表太阳辐射效应；具体为：以网格尺度静态修正因子，修改表示山地某点处地表向下太阳辐射通量的太阳直接辐射、太阳散射辐射和接收到的周围地形反射太阳辐射三部分。
24、作为优选，所述太阳直接辐射、太阳散射辐射和接收到的周围地形反射太阳辐射三部分的计算式分别为：
25、
26、
27、
28、其中和分别为大气数值模式根据平面辐射方案计算的地表下行直接和散射太阳辐射，为太阳常数，为地表反射率。
29、作为优选，所述基于耦合山地太阳辐射效应的大气数值模式，建立考虑山地太阳辐射效应的静止卫星陆上地表敏感通道资料同化方案，包括：
30、运行耦合山地太阳辐射效应的大气数值模式，进行地表太阳辐射的实时快速修正计算；
31、在每个同化分析时刻，提取大气数值模式预报场中的地表温度以及大气温度、湿度和气压廓线，结合地表发射率图集，采用快速辐射传输模型作为观测算子得到数值模式背景场下的红外亮温模拟值；
32、根据模拟和观测亮温差异筛选有效卫星数据，采用三维变分或集合卡曼滤波方法融合卫星观测，优化模式背景场中大气物理变量分布，得到用于下一大气积分时刻的模式分析初始场。
33、本专利技术另一方面提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该计算机指令使计算机执行上述的基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法。
34、本专利技术再一方面提供一种电子设备，包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信，处理器调用存储器中的逻辑指令，以执行上述的基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法。
35、有益效果：本专利技术相比传统静止卫星陆上窗区通道资料同化方案，通过在大气数值模式中考虑山地辐射效应，改进大气数值模式对静止卫星观测区域地表热力（地表辐射、地表温度）非均匀性的刻画能力和预报精度，减小静止卫星陆上红外亮温模拟偏差，提升现有资料同化方案对静止卫星陆上，尤其是地形复杂区，窗区通道资料的同化利用率和效果，以期更好应用于快速循环同化更新数值预报系统，提升其天气预测服务技巧。
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1.一种基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法，其特征在于，所述针对静止卫星的固定观测区域，基于高分辨率地形高程数据，建立微观地形因子静态基础数据集；包括：基于高分辨率地形高程数据，分别计算各个次网格格点的坡度、坡向、天空可见因子，以及遮蔽系数，建立微观地形因子静态基础数据集。
3.根据权利要求2所述的基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法，其特征在于，坡度、坡向、天空可见因子，以及遮蔽系数的计算式分别为：
4.根据权利要求2所述的基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法，其特征在于，所述根据微观地形因子静态基础数据集，计算大气数值模式模拟区域静态地形修正参数，作为网格尺度静态修正因子；具体为，进行次网格向网格尺度的聚合计算，获取网格尺度随时间无关的地形修正量、、、以及，作为网格尺度静态修正因子。
5.根据权利要求4所述的基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法，其特征在于，地形修正量、、、以及
6.根据权利要求4所述的基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法，其特征在于，所述以网格尺度静态修正因子，实时修正模拟区域太阳辐射通量，在大气数值模式中引入次网格地形三维地表太阳辐射效应；具体为：以网格尺度静态修正因子，修改表示山地某点处地表向下太阳辐射通量的太阳直接辐射、太阳散射辐射和接收到的周围地形反射太阳辐射三部分。
7.根据权利要求6所述的基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法，其特征在于，所述太阳直接辐射、太阳散射辐射和接收到的周围地形反射太阳辐射三部分的计算式分别为：
8.根据权利要求1所述的基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法，其特征在于，所述基于耦合山地太阳辐射效应的大气数值模式，建立考虑山地太阳辐射效应的静止卫星陆上地表敏感通道资料同化方案，包括：
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该计算机指令使计算机执行权利要求1-8任一项所述的基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法。
10.一种电子设备，包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信，处理器调用存储器中的逻辑指令，以执行权利要求1-8任一项所述的基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法，其特征在于，所述针对静止卫星的固定观测区域，基于高分辨率地形高程数据，建立微观地形因子静态基础数据集；包括：基于高分辨率地形高程数据，分别计算各个次网格格点的坡度、坡向、天空可见因子，以及遮蔽系数，建立微观地形因子静态基础数据集。
3.根据权利要求2所述的基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法，其特征在于，坡度、坡向、天空可见因子，以及遮蔽系数的计算式分别为：
4.根据权利要求2所述的基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法，其特征在于，所述根据微观地形因子静态基础数据集，计算大气数值模式模拟区域静态地形修正参数，作为网格尺度静态修正因子；具体为，进行次网格向网格尺度的聚合计算，获取网格尺度随时间无关的地形修正量、、、以及，作为网格尺度静态修正因子。
5.根据权利要求4所述的基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料同化方法，其特征在于，地形修正量、、、以及的计算式分别为：
6.根据权利要求4所述的基于山地辐射效应的静止卫星陆上窗区通道资料...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴阳，李昕，黄安宁，顾春雷，蔡舒心，刘洲坤，庄园，李逸，吉璐莹，徐徐，
申请(专利权)人：南京气象科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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