CN102230796B - 基于无线电掩星探测资料的云底高反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线电掩星探测资料的云底高反演方法。首先，统计全球范围内COSMIC掩星垂直探测范围的分布特征，计算云底高反演受COSMIC探测范围影响的概率；其次，读取COSMIC掩星探测湿空气数据中的温度和水汽压数据；之后，基于Wang等提出的利用相对湿度廓线数据进行云底高判定的方法，结合相对湿度变化廓线反演得到云底高信息；最后基于Wang等提出的利用相对湿度廓线数据进行云底高判定的方法，采用无线电探空仪探测资料进行云底高反演，计算探空仪云底高反演结果与COSMIC云底高反演结果的相对偏差。本发明弥补了以往卫星遥感无法提供底层云云底高度信息以及地面观测对于中云和高云云底高探测可靠性差的缺陷。

Description

基于无线电掩星探测资料的云底高反演方法

技术领域

本发明属于遥感技术领域，特别是一种基于无线电掩星探测资料的云底高反演方法。

背景技术

云底高作为重要的云宏观物理参数，在云层与地表之间的能量交换和水汽循环中起着十分重要的作用，是云物理特性研究的主要内容。同时，云底高严重制约着现代军事行动中的诸多作战单元，如侦查预警、精确制导、空中作战和垂直登陆等。因此，实现云底高的精确反演与探测具有重要的意义。目前对于云底高的反演与探测主要有地面观测、卫星遥感及无线电探空仪探测三种方法。其中，地面观测主要包括目测法、云幂仪、云幕灯和微脉冲雷达等，但其对中云和高云云底高探测的可靠性较低，尤其是在夜间或低云覆盖全天空的情况下，探测精度更低；卫星遥感对于低云的探测存在视角模糊且无法提供云底高的任何信息，不利于低云云底高的反演；无线电探空仪虽可利用测量的温度-露点温度差廓线及相对湿度廓线实现云底高的反演，但探空资料的质量随高度的升高而降低，探空仪对水汽压的测量也存在较大误差，另外，全球探空仪站点数量有限，分布不均匀，且每天仅提供两个时次的探测资料，无法满足云底高精确探测的需求。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于无线电掩星探测资料的云底高反演方法，实现了全球覆盖、全天候、高精度、高分辨率和几乎准实时的云底高反演，为云底高的研究提供了崭新的探测平台。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于无线电掩星探测资料的云底高反演方法，包括以下步骤：

步骤1、统计全球范围内COSMIC掩星垂直探测范围的分布特征，计算云底高反演受COSMIC垂直探测范围影响的概率；

步骤2、读取COSMIC掩星探测湿空气数据中的温度和水汽压数据，利用Tetens经验公式计算饱和水汽压，再通过相对湿度公式计算得到相对湿度随高度变化的廓线；

步骤3、基于Wang等提出的利用相对湿度廓线数据进行云底高判定的方法，结合步骤2中的相对湿度变化廓线反演得到云底高信息；

步骤4、基于Wang等提出的利用相对湿度廓线数据进行云底高判定的方法，采用无线电探空仪探测资料进行云底高反演，对比分析COSMIC掩星和无线电探空仪的云底高反演结果，计算反演的相对偏差。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明提供了一种全新的利用掩星探测资料实现云底高反演的方法，弥补了以往卫星遥感无法提供底层云云底高度信息以及地面观测对于中云和高云云底高探测可靠性差的缺陷，得到比无线电探空仪云底高反演精度更高的结果，实现了全球覆盖、全天候、高精度、高分辨率和几乎准实时的云底高反演，为云底高的研究提供了崭新的探测平台。

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

附图说明

图1为COSMIC掩星探测的全球分布图。

图2为实现本发明的流程图。

图3为掩星与探空仪垂直探测范围的统计分布图。其中，图3(a)、(d)、(g)、(j)分别表示COSMIC掩星在全球、高纬、中纬、低纬地区的最低探测高度分布；图3(b)、(e)、(h)、(k)分别表示无线电探空仪在全球、高纬、中纬、低纬地区的最低探测高度分布；图3(c)、(f)、(i)、(l)分别表示无线电探空仪在全球、高纬、中纬、低纬地区的最高探测高度分布。

图4为掩星与探空仪云底高反演受其最低探测高度限制的概率以及反演云底高度小于0.1km概率的统计结果。其中，图4(a)、(b)、(c)、(d)分别表示全球、高纬、中纬、低纬地区的概率分布，横轴上的1和2分别代表掩星和探空仪受最低探测高度限制的概率和云底高小于0.1km的概率，灰色和黑色柱条分别表示掩星和探空仪统计结果。

图5为掩星与探空仪反演云层数不同时，反演结果中高云、中云和低云发生概率的统计结果。其中，图(a)、(b)、(c)表示高纬地区统计结果，图(d)、(e)、(f)表示中纬地区统计结果，图(g)、(h)、(i)表示低纬地区统计结果；图(a)、(d)、(g)表示掩星检测到单层云而探空仪检测到多层云，图(b)、(e)、(h)表示掩星检测到多层云而探空仪检测到单层云，图(c)、(f)、(i)表示掩星和探空仪检测到层数不同的多层云；横轴上的1、2、3分别代表高云、中云、低云；浅灰色和深灰色柱条分别表示掩星和探空仪检测结果。

具体实施方式

2006年4月15日美国和中国台湾地区合作发射的COSMIC(Constellation ObservingSystem for Meteorology Ionosphere and Climate)气象、电离层及气候卫星探测系统可每天提供2000次左右全球分布的掩星事件(如图1所示)，主要用于气象与气候研究、气候监测、空间天气和大地测量等的研究。COSMIC可探测从地面至约60km高度的全球大气参数，具有全球覆盖、高精度、高垂直分辨率、长期稳定、费用低、全天候和几乎准实时的探测特点，可反演得到高精度的折射率、温度、气压和水汽压等气象参数，而且目前正在设计的COSMIC-II代探测星座每天将提供约14000次的掩星事件，COSMIC的探测优势为云底高研究提供了丰富的观测数据及全新的探测平台。本发明利用COSMIC反演的高精度、高分辨率的温度和水汽压数据，通过计算得到相对湿度随高度变化的廓线，利用该廓线在进入云层时发生突变的特性[J.Wang，W.B.Rossow.Determination of Cloud Vertical Structure from Upper-Air Observations.Journal of AppliedMeteorology.1995，34：2243-2258]实现云底高的反演，为云底高的研究提供了一种全新且高精度的反演技术。

本发明是一种基于无线电掩星探测资料的云底高反演方法，通过无线电掩星探测的温度和水汽压资料计算出相对湿度随高度变化的廓线，利用该廓线在进入云层时相对湿度的突变，经过设定相关阈值实现云底高反演的新方法；具体包括以下步骤：

步骤1、统计全球范围内COSMIC掩星垂直探测范围的分布特征，计算云底高反演受COSMIC垂直探测范围影响的概率；COSMIC掩星和探空仪垂直探测范围的分布特征为：

表中最低有效高度和最高有效高度分别表示样本数达到总样本数50％时掩星和探空仪的最低和最高探测高度。COSMIC掩星湿空气数据的最高探测高度为39.9km，最低探测高度随掩星事件的不同而不同，全球有50％的掩星事件最低探测高度为0.6km；全球范围内50％的无线电探空仪探测资料的最高探测高度达到27.2km，最低探测高度可以达到0.06km，说明掩星云底高反演主要受到其最低探测高度的限制。

步骤2、读取COSMIC掩星探测湿空气数据中的温度和水汽压数据，利用Tetens经验公式计算饱和水汽压，再通过相对湿度公式计算得到相对湿度随高度变化的廓线；所述Tetens经验公式为：

$E_s\left(t\right)=E_{s0}\×{10}^{\frac{\mathrm{at}}{b+t}}$

其中，a、b为常数，t表示摄氏温度，单位为℃，E_s0＝6.107hPa表示0℃时的饱和水汽压，E_s(t)表示温度为t℃时的饱和水汽压，单位为hPa；当t≥0℃时，计算平液面的饱和水汽压，此时a＝9.5，b＝237.3；当t＜0℃时，计算平冰面的饱和水汽压，此时a＝9.5，b＝265.5；

相对湿度公式为：

$f=\frac{e}{E_s\left(t\right)}\×100\%$

其中，e表示水汽压，E_s(t)表示饱和水汽压，f代表相对湿度。

步骤3、利用步骤2得到的相对湿度随高度变化的廓线，基于Wang等提出的利用相对湿度廓线进行云底高判定的方法，反演得到各层云的云底高度信息。Wang等提出的利用相对湿度廓线数据进行云底高判定的方法具体描述如下：

a.从地面向上第一层云云底高的判定：

(1)相对湿度RH≥87％时对应的高度即判定为该层云的云底高；

(2)若该层为非地面层，当相对湿度87％≥RH≥84％且相对于下一层，相对湿度的变化ΔRH≥3％时，该层高度判定为云底高；

(3)若该层为地面层，相对湿度RH≥84％时对应的高度即判定为云底高；

b.第二层及以上各层云的判定：

相对湿度RH≥84％时判断为入云，此时对应高度即为云底高度，以此类推，直至廓线顶端。

为降低因垂直分辨率的不同而引起的反演误差，在利用上述方法实现云底高的反演时，通过线性插值的方法计算相对湿度分别为84％和87％时对应的高度作为云底高度。

为防止云层的虚检测与漏检测，采用与云底高相同的判定标准实现云顶高的反演，当仅检测到云底高而未得到云顶高信息(云顶高度大于廓线顶端高度的情形除外)，或湿度层的最大相对湿度RH_max≤87％时，该湿度层都不能判定为云层，此时得到的云底高度无效，作舍弃处理。

步骤4、基于Wang等提出的利用相对湿度廓线数据进行云底高判定的方法，采用无线电探空仪探测资料进行云底高反演，对比分析COSMIC掩星和无线电探空仪云底高的反演结果。对掩星和探空仪云底高反演结果的对比分析具体包括以下步骤：

步骤41、对COSMIC掩星和无线电探空仪的云检测结果进行对比，计算其云检测的匹配概率并分析各自云检测的特点；

步骤42、计算COSMIC掩星和无线电探空仪云底高反演结果受各自垂直探测范围限制的概率以及云底高度小于0.1km的概率；

步骤43、当COSMIC掩星和无线电探空仪同时检测到有云存在时，根据检测到的云层数是否相同，分别对二者云底高反演结果进行对比分析；

当检测云层数相同时，根据云层数目分别统计掩星与探空仪反演云底高度的平均偏差和标准偏差，计算公式如下：

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{MD}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|\right(h_{\mathrm{COSMIC}}-h_{\mathrm{RAWIN}}|}{n}$

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{SD}}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(h_{\mathrm{COSMIC}}-h_{\mathrm{RAWIN}})}^2}{n}}$

其中，h_COSMIC和h_RAWIN分别表示掩星和探空仪反演的云底高度，n表示样本数，σ_MD和σ_SD分别表示掩星和探空仪反演云底高的平均偏差和标准偏差；

当检测云层数不相同时，按云底高度大小将云分为高云、中云和低云：云底高度小于2km的云层为低云，云底高度位于2km和5km之间的云层为中云，而云底高度大于5km的云层为高云，分别统计COSMIC掩星和无线电探空仪云底高反演结果中高云、中云和低云的发生概率。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述：

如图2所示，本发明的实现需经过4个重要环节，现分别对各环节的实施过程进行详细阐述：

1.统计掩星和探空仪垂直探测范围

虽然COSMIC掩星探测采用先进的“开环”跟踪技术后使得超过90％的探测廓线最低探测高度达到对流层底部的2km范围内[Sokolovskiy S.，Kuo Y.-H.，Rocken C.，Schreiner W.，Hunt D.Monitoring Planetary Boundary Layer by GPS Radio OccultationSignals Recorded in the Open-Loop Mode.2007，34，L02807，doi：10.1029/2006GL028497]，但由于低云云底高位于2km以下，且部分低云云底甚至达到0.2km以下，因此，部分低云云底高的反演可能会受掩星最低探测高度的限制。同样，探空仪最低探测高度也会对部分低云云底高的反演造成影响，而且由于部分高云垂直范围甚至会延伸至20km高度以上，这可能会受到探空仪最高探测高度的限制，因此对掩星和探空仪垂直探测范围的统计十分必要。表1和图3表示利用2008年11月至2009年1月COSMIC掩星与无线电探空仪探测资料统计得到的二者垂直探测范围的分布结果。为方便分析，定义最低有效探测高度和最高有效探测高度分别为样本数达到总样本数50％时的最低和最高探测高度，表1中的高度信息即表示掩星和探空仪的最低和最高有效探测高度。

表1掩星与探空仪垂直探测范围的统计结果

CSOMIC掩星在全球范围内的最低有效探测高度为0.6km，高纬和中纬地区同为0.5km，而低纬地区达到0.9km，表明有一定数量低云云底高的反演将受掩星最低探测高度的限制，而探空仪最低有效探测高度除中纬地区外都在0.1km以内，且最高有效探测高度都位于26km以上，基本满足云底高反演的需要，但仍会有部分低云云底高的反演受到探空仪最低探测高度的限制。

2.饱和水汽压和相对湿度的计算

读取掩星湿空气数据和探空仪探测资料中的温度和水汽压信息后，首先利用温度信息通过Tetens经验公式计算得到饱和水汽压随高度的变化曲线，然后利用水汽压信息，结合计算的饱和水汽压，通过相对湿度的计算公式计算得到相对湿度随高度变化的曲线。

3.利用相对湿度廓线实现云底高的反演

Wang等提出的利用相对湿度廓线实现云底高反演的具体方法如下：

a.从地面向上第一层云云底高的判定：

(1)相对湿度RH≥87％时对应的高度即判定为该层云的云底高；

(2)若该层为非地面层，当相对湿度87％≥RH≥84％且相对于下一层，相对湿度的变化ΔRH≥3％时，该层高度判定为云底高；

(3)若该层为地面层，相对湿度RH≥84％时对应的高度即判定为云底高；

b.第二层及以上各层云的判定：

相对湿度RH≥84％时判断为入云，此时对应高度即为云底高度，以此类推，直至廓线顶端。

为降低因垂直分辨率的不同而引起的反演误差，在利用上述方法实现云底高的反演时，通过线性插值的方法计算相对湿度分别为84％和87％时对应的高度作为云底高度。

为防止云层的虚检测与漏检测，采用与云底高相同的判定标准实现云顶高的反演，当仅检测到云底高而未得到云顶高信息(云顶高度大于廓线顶端高度的情形除外)，或湿度层的最大相对湿度RH_max≤87％时，该湿度层都不能判定为云层，此时得到的云底高度无效，作舍弃处理。

4.掩星云底高反演结果误差分析

在计算COSMIC掩星云底高反演结果与无线电探空仪云底高反演结果的相对偏差时，首先对掩星和探空仪的云检测结果进行对比分析，经统计得到如表2所示的对比结果。其中，Num为样本数，M1表示掩星与探空仪都未检测到云层的概率，M2表示掩星与探空仪同时检测到云层的概率，C和R分别表示仅掩星和仅探空仪检测到云层出现的概率。

表2掩星与探空仪的云检测对比结果

由表2可知，全球范围内掩星与探空仪云检测结果的平均匹配概率为64.35％，而高纬、中纬和低纬地区的匹配概率分别为63.89％、63.58％和66.67％，表明掩星与探空仪云检测结果的匹配概率在不同纬度地区内的变化较小，且仅有百分之六十几，说明二者云检测结果存在较大误差。同时，由仅掩星和仅探空仪检测到云层存在的概率可知，掩星云检测概率远大于探空仪，由于COSMIC掩星反演的气象参数精度整体上高于探空仪，因此，在利用相对湿度廓线进行云底高反演时，相对于掩星而言，探空仪会造成更多云层的漏检测。

其次，计算掩星和探空仪的云底高反演结果受各自垂直探测范围限制的概率以及云底高度小于0.1km的概率，因为云底高度小于0.1km表明云下有降水存在，此时得到的云底高度不可信。经统计分析得到图4所示结果。由图4可知，全球范围内掩星和探空仪反演的最底层云云底高受其最低探测高度限制的概率比较接近，分别为37.98％和41.12％，说明掩星与探空仪云底高产品中有40％左右的低云云底高受各自最低探测高度的限制。不同纬度地区内，掩星的概率变化较大，高纬地区高达54.96％，低纬地区最小，仅有15.81％，探空仪的概率分布比较均匀，说明掩星反演结果在高纬地区受其最低探测高度的影响较大，在低纬地区影响较小，而探空仪反演结果在不同纬度地区受其垂直探测范围限制的概率变化不大，但都达到40％左右。掩星反演结果中云底高度小于0.1km的云层概率远小于探空仪，而探空仪的概率为30％左右，说明探空仪最底层云云底高度的反演不仅受其最低探测高度的限制，而且反演结果中有约30％的云底高信息不可信。另外，探空仪检测的云层中，云顶高度受其最高探测高度限制的概率几乎为0，可认为不受其影响。

再次，对掩星与探空仪同时检测到有云存在时的云底高度反演差异进行量化分析。按照检测到云层数相同与不同分别进行讨论。当检测云层数相同时，根据云层数目分别统计掩星与探空仪云底高度的平均偏差(Mean Deviation，MD)和标准偏差(StandardDeviation，SD)。计算公式如下：

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{MD}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|\right(h_{\mathrm{COSMIC}}-h_{\mathrm{RAWIN}}|}{n}$

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{SD}}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(h_{\mathrm{COSMIC}}-h_{\mathrm{RAWIN}})}^2}{n}}$

其中，h_COSMIC和h_RAWIN分别表示掩星和探空仪反演的云底高度，n表示样本数，σ_MD和σ_SD分别表示掩星和探空仪反演云底高的平均偏差和标准偏差。经统计计算，得到表3所示结果。其中，A、B、C、D、E、F分别表示掩星与探空仪同时反演得到1、2、3、4、5层及5层以上的云，Num表示样本数，‘-’为缺省值，平均偏差和标准偏差的单位为km。

表3掩星与探空仪检测到云层数相同时云底高的比较结果

由表3可知，当掩星与探空仪检测到云层数相同时，掩星反演的云底高度要大于探空仪，尤其对于低纬地区的单层云，偏差最大且达到10km左右，而中高纬地区差异较小，平均偏差和标准偏差分别位于1.1km-3.2km和1.4km-5.0km之间，这主要是由探空资料随高度的增加而质量降低且探空仪对水汽压的测量误差较大造成的。

当云层数不同时，按云底高度大小将云分为高云、中云和低云：云底高度小于2km的云层为低云，云底高度处于2km与5km之间的云层为中云，而云底高度大于5km的云层为高云，分别统计掩星和探空仪的云底高反演结果中高云、中云和低云的发生概率，结果如图5所示。其中，第1-3行分别表示高纬、中纬和低纬地区的对比结果，第1-3列分别表示掩星检测到单层云而探空仪检测到多层云、掩星检测到多层云而探空仪检测到单层云以及掩星与探空仪检测到层数不同的多层云三种情况下掩星与探空仪的对比结果，分别简记为类型I、II、III；各图形中X轴上的数字1、2、3分别表示高云、中云和低云，浅灰色和深灰色柱条分别代表掩星和探空仪检测结果。

从图5中可以看出，当掩星与探空仪检测云层数不同时，掩星检测到高云的概率大于探空仪，尤其在低纬地区以及中高纬地区的类型II和III中，高云的检测概率达到70％以上，其中，低纬地区类型II和类型III中甚至达到95％以上，而探空仪在上述情形下对高云的检测概率仅处于0.7％-41％之间，与掩星的平均偏差达到-64.77％，说明探空仪对高云的检测效果较差，主要原因同样是由于探空资料的质量随高度增加而降低且对流层上部以及对流层与同温层的过渡区域内气象参数存在复杂变化，导致无线电探空仪温压湿传感器的探测精度降低，使得探测结果存在较大误差。另外，掩星与探空仪在三种类型下云底高的反演结果中，中云和低云检测概率的平均偏差和标准偏差分别为-1.40％、29.96％和-30.7％、37.40％，表明二者对于中云的反演有较好的一致性，而低云的反演结果相差较大，且低纬地区尤为明显，一方面是由于低云云底高的反演受掩星和探空仪最低探测高度的限制，且探空仪的部分反演结果不可信；另一方面低纬地区水汽含量较大，低云发生概率也较大，而掩星探测虽然采用“开环”跟踪技术解决了大气多路径效应，使探测精度得到一定提高，但在近地面层中，GPS接收机对掩星信号的跟踪能力仍存在缺陷，使得COSMIC掩星对低纬地区近地面层附近云底高度很低的低云云底高的反演存在偏差。

最后，基于Wang等提出的相对湿度廓线进入云层时发生突变的特性，利用COSMIC掩星探测资料实现了云底高的反演，并将掩星反演结果与无线电探空仪反演结果进行对比分析，得出了一些十分有意义的结论，为云底高的反演研究奠定了坚实的基础。通过对掩星和探空仪云底高反演结果的对比分析，发现掩星比探空仪检测到更多云层的存在，其云底高反演结果也比探空仪偏大，其对中高云云底高的反演精度也优于探空仪，而其对低云云底高的反演主要受其最低探测高度以及掩星接收机在近地面层附近对信号跟踪能力的限制，但相对于无线电探空仪探测而言，掩星探测具有不受时空限制、全球覆盖、精度高、垂直分辨率高、长期稳定、资料丰富和几乎近实时的探测优势，因而必将为云底高的研究提供丰富的数据资源和参考基准。

Claims (5)

1.一种基于无线电掩星探测资料的云底高反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、统计全球范围内COSMIC掩星垂直探测范围的分布特征，计算云底高反演受COSMIC垂直探测范围影响的概率；

步骤2、读取COSMIC掩星探测湿空气数据中的温度和水汽压数据，利用Tetens经验公式计算饱和水汽压，再通过相对湿度公式计算得到相对湿度随高度变化的廓线；

步骤3、利用步骤2得到的相对湿度随高度的变化廓线，基于Wang等提出的利用相对湿度廓线进行云底高判定的方法，反演得到各层云的云底高度信息；

步骤4、基于Wang等提出的利用相对湿度廓线数据进行云底高判定的方法，采用无线电探空仪探测资料进行云底高反演，对比分析COSMIC掩星和无线电探空仪云底高的反演结果，计算云底高反演的相对偏差。

2.根据权利要求1所述的基于无线电掩星探测资料的云底高反演方法，其特征在于，COSMIC掩星和探空仪的垂直探测范围的分布特征为：

表中最低有效高度和最高有效高度分别表示样本数达到总样本数50％时掩星和探空仪的最低和最高探测高度，COSMIC掩星湿空气数据的最高探测高度为39.9km，最低探测高度随掩星事件的不同而不同，全球有50％的掩星事件最低探测高度为0.6km；全球范围内50％的无线电探空仪探测资料的最高探测高度达到27.2km，最低探测高度可以达到0.06km，说明掩星云底高反演主要受到其最低探测高度的限制。

3.根据权利要求1所述的基于无线电掩星探测资料的云底高反演方法，其特征在于，步骤2中所述Tetens经验公式为：

$E_s\left(t\right)=E_{s0}\×{10}^{\frac{\mathrm{at}}{b+t}}$

其中，a、b为常数，t表示摄氏温度，单位为℃，E_s0＝6.107hPa表示0℃时的饱和水汽压，E_s(t)表示温度为t℃时的饱和水汽压，单位为hPa；当t≥0℃时，计算平液面的饱和水汽压，此时a＝9.5，b＝237.3；当t＜0℃时，计算平冰面的饱和水汽压，此时a＝9.5，b＝265.5；

相对湿度公式为：

$f=\frac{e}{E_s\left(t\right)}\×100\%$

其中，e表示水汽压，E_s(t)表示饱和水汽压，f代表相对湿度。

4.根据权利要求1所述的基于无线电掩星探测资料的云底高反演方法，其特征在于，步骤3中Wang等提出的利用相对湿度廓线数据进行云底高判定的方法具体描述如下：

a.从地面向上第一层云云底高的判定：

(1)相对湿度RH≥87％时对应的高度即判定为该层云的云底高；

(2)若该层为非地面层，当相对湿度87％≥RH≥84％且相对于下一层，相对湿度的变化ΔRH≥3％时，该层高度判定为云底高；

(3)若该层为地面层，相对湿度RH≥84％时对应的高度即判定为云底高；

b.第二层及以上各层云的判定：

相对湿度RH≥84％时判断为入云，此时对应高度即为云底高度，以此类推，直至廓线顶端；

为降低因垂直分辨率的不同而引起的反演误差，在利用上述方法实现云底高的反演时，通过线性插值的方法计算相对湿度分别为84％和87％时对应的高度作为云底高度；

为防止云层的虚检测与漏检测，采用与云底高相同的判定标准实现云顶高的反演，当仅检测到云底高而未得到云顶高信息(云顶高度大于廓线顶端高度的情形除外)，或湿度层的最大相对湿度RH_max≤87％时，该湿度层都不能判定为云层，此时得到的云底高度无效，作舍弃处理。

5.根据权利要求1所述的基于无线电掩星探测资料的云底高反演方法，其特征在于，步骤4中对掩星和探空仪云底高反演结果进行对比分析具体包括以下步骤：

步骤41、对COSMIC掩星和无线电探空仪的云检测结果进行对比，计算其云检测的匹配概率并分析各自云检测的特点；

步骤42、计算COSMIC掩星和无线电探空仪云底高反演结果受各自垂直探测范围限制的概率以及云底高度小于0.1km的概率；

步骤43、当COSMIC掩星和无线电探空仪同时检测到有云存在时，根据检测到的云层数是否相同，分别对二者云底高反演结果进行对比分析；

当检测云层数相同时，根据云层数目分别统计掩星与探空仪反演云底高度的平均偏差和标准偏差，计算公式如下：

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{MD}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|\right(h_{\mathrm{COSMIC}}-h_{\mathrm{RAWIN}}|}{n}$

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{SD}}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(h_{\mathrm{COSMIC}}-h_{\mathrm{RAWIN}})}^2}{n}}$

其中，h_COSMIC和h_RAWIN分别表示掩星和探空仪反演的云底高度，n表示样本数，σ_MD和σ_SD分别表示掩星和探空仪反演云底高的平均偏差和标准偏差；

当检测云层数不相同时，按云底高度大小将云分为高云、中云和低云：云底高度小于2km的云层为低云，云底高度位于2km和5km之间的云层为中云，而云底高度大于5km的云层为高云，分别统计COSMIC掩星和无线电探空仪云底高反演结果中高云、中云和低云的发生概率。

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