地基微波辐射计亮温数据偏差订正效果分析

【作者】 李青； 魏鸣； 王振会；

【机构】 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心中国气象局气溶胶—云—降水重点实验室； 南京信息工程大学大气物理学院；

【摘要】 1引言地基微波辐射计是应用遥感技术的气象观测仪器,可以连续工作,典型设置的时间分辨率为1s,极大地弥补了常规探空资料观测时间分辨率低的缺点,尤其是能满足对边界层大气温湿垂直分布廓线以及云与降水进行连续监测的需要,同时该类仪器不影响环境、不产生污染,因而备受关注。辐射计输出的一级数据为"亮温度",代表辐射计在指定频率处接收到的电磁波强度,属于非常规观测资料,必须对基于辐射传输理论模式得到的亮温反演才能获得大气温湿垂直分布廓线以及云与降水信息等二级数据,所以对亮温度数据要进行严格的质量控制和订正,确保资料的可靠性,使资料能更好的应用于气象分析、灾害性天气监测和预警等工作中。辐射计的亮温观测值和辐射传输模式得到的模拟值同样重要,这二者之间必须是一致的。辐射计亮温观测值和由辐射传输模式得到的模拟值的一致性分析比较,已成功地应用于星载微波辐射计观测值的质量控制。Goldberg在对NOAA 15和16 NOAA卫星上搭载的AMSU进行观测值和模拟值的对比时发现,测量值随着随扫描角的变化而发生改变。翁富中指出,AMSU由扫描引起的不对称在窗口通道非常明显,而不对称可能是由于AMSU极化不对称或天线指向角误差引起的。在地基微波遥感中观测亮温和辐射传输前向模式计算的亮温也存在系统偏差,当波束宽度为6°时,天线温度和波束中心方向的亮度温度之间的差异在2 k。Meunier通过使用高斯求积和忽略旁瓣影响,基于波束宽度理论,模拟辐射计测量研究了辐射计的影响特征(如天线波束宽度、接收机带宽)。2数据介绍针对北京一台22通道微波辐射计2010-2011年两年24个月每天8:00和20:00(BT)的亮温资料,李青等试图订正系统偏差来提高观测亮温和模拟计算亮温之间的。在此期间辐射计被怀疑存在故障,并于2010年12月22日进行了LN定标。结果表明,绝大部分通道的亮温观测值和模拟计算值之间的一致性有了显著提高,但在一些通道特别是通道7(28 GHz)和8(30GHz),观测亮温和模拟计算亮温之间一致性的改善是可以忽略不计。因此,需要进一步研究这个问题。3研究内容本文将着重研究在亮温观测时,天线罩和旁瓣环境对20-30GHz和50-60GHz波段的影响。依据旁瓣和受污染天线罩的贡献溢出得出的辐射传输分析,可以得到一个辐射环境干扰订正模型。环境干扰订正结合系统偏差订正,可以得到一个二元线性回归模型,通过对2010年1月1日至2012年12月31日观测亮温资料的订正,成为一个全面的修正方案。在数据应用中,地基微波遥感辐射计观测亮温和辐射传输前向模式计算的模拟值之间一致性是非常重要的。本研究强调天线罩环境和旁瓣对亮温观测的影响,得到基于辐射传输和统计关系的环境订正方案。计算结果表明,通常情况下订正必须考虑天线周围的温度,特别是K波段污染的天线罩和旁瓣贡献不能忽视的情况下。分析北京某微波辐射计从2010年1月1日到2011年12月31日的数据,在液氮定标日期前后显示了统计关系的差异,订正后的亮温观测值与辐射传输模式模拟计算的亮温之间的相关性明显优于订正前,特别是在28GHz和30 GHz。此订正方案可用于微波辐射计实时数据质量控制以及在污染环境中或非常态下工作时大量数据的恢复。更多还原