CN113484918A - 一种提高微波辐射计在云、雨天气条件下测量精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高微波辐射计在云、雨天气条件下测量精度的方法，包括如下步骤：步骤1，构造氧气、水汽频段的辐射亮温受云、雨天大气液态水影响因子的关系表达式；步骤2，利用探空数据样本，计算得到亮温TL以及对应的影响因子L的统计值，通过统计回归或最小二乘解，得到常数项a、b、c的最佳估计值；步骤3，将微波辐射计在水汽频段上某个通道上的辐射亮温TB减去影响因子L，即可得到改进后的新亮温值。本发明公开的测量方法适用于提高微波辐射计在非晴天的天气条件下的亮温测量精度，从而提高大气温度、相对湿度等反演产品的精度。

Description

一种提高微波辐射计在云、雨天气条件下测量精度的方法
技术领域
本发明属于大气微波遥感领域，特别涉及该领域中的一种提高微波辐射计在云、雨天气条件下测量精度的方法。
背景技术
微波辐射计是一种通过被动遥感的方式测量大气在氧气、水汽频段的辐射亮温，并通过神经网络等方法反演得到大气温度廓线、相对湿度廓线等大气参数的设备。
目前，公知的微波辐射计在晴天时具有较高的测量精度。在云天、雨天时，可通过在反演计算中增加云天、雨天样本的方法提高反演的大气温度廓线、相对湿度廓线等的精度。此种方法只是通过单纯增加反演样本的方式提高反演的气象产品的精度，在样本不足、无样本时无法使用，即使有足够样本也无法保证精度。因此，建立一种能直接消除云、雨天对微波辐射计测量精度影响的方法具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种提高微波辐射计在云、雨天气条件下测量精度的方法。
本发明采用如下技术方案：
一种提高微波辐射计在云、雨天气条件下测量精度的方法，其改进之处在于，包括如下步骤：
步骤1，构造氧气、水汽频段的辐射亮温受云、雨天大气液态水影响因子的关系表达式：
L＝a+b*TL+c*TL 2 (1)
L表示云、雨天大气中的液态水影响因子；TL表示微波辐射计在液态水敏感通道上的辐射亮温，a、b、c为常数项；
步骤2，利用探空数据样本，计算得到(1)式中的亮温TL以及对应的影响因子L的统计值，通过统计回归或最小二乘解，得到(1)式中的常数项a、b、c的最佳估计值；
步骤3，将微波辐射计在水汽频段上某个通道上的辐射亮温TB减去影响因子L，即可得到改进后的新亮温值TBR：
TBR＝TB-L＝TB-(a+b*TL+c*TL 2) (2)
(2)式中，TBR表示消除云、雨天大气中的液态水影响后的辐射计测量亮温；TB表示微波辐射计原始测量亮温。
进一步的，在步骤1中，液态水敏感通道的频点为31.4GHz。
进一步的，在步骤2的探空数据样本中，晴天、云天和雨天的样本各占1/3。
本发明的有益效果是：
本发明从微波辐射计最直接的观测量—大气辐射亮温的角度，建立一种能直接消除云、雨天对微波辐射计测量精度影响的方法，该方法适用于提高微波辐射计在非晴天的天气条件下的亮温测量精度，从而提高大气温度、相对湿度等反演产品的精度。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图；
图2是微波辐射计测量的原始亮温与采用本发明方法得到的亮温之间的误差对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
微波辐射计在晴空的观测精度已得到充分验证。在云、雨天测量不准确，主要原因为云、雨天时，大气中存在较多的液态水，液态水在氧气和水汽通道上的辐射被微波辐射计探测，并作为氧气和水汽辐射亮温的一部分被用于后续的反演计算中。因此，解决云、雨天测量不准确的问题，首先需要得到氧气、水汽通道受液态水影响的因子，并在此基础上消除液态水的影响。
实施例1，本实施例公开了一种提高微波辐射计在云、雨天气条件下测量精度的方法，首先构造氧气、水汽频段的辐射亮温与云、雨天大气液态水的影响关系表达式，再利用探空数据样本作为真值对关系表达式中的未知参数进行计算和调整。最后，将实测的微波辐射计在云、雨天气的亮温减去以上关系表达式的值，得到云、雨天的准确亮温值。如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤1，构造氧气、水汽频段的辐射亮温受云、雨天大气液态水影响因子的关系表达式，通常认为此关系表达式的影响因子是关于液态水敏感通道亮温的泰勒展开式。但在实际使用时，一般可简化成线性关系式或以二次函数的形式代入下述步骤2进行尝试。本实施例采用的是二次函数的形式，如下为关系表达式的一种形式：
L＝a+b*TL+c*TL 2 (1)
(1)式中，L表示云、雨天大气中的液态水影响因子；TL表示微波辐射计在液态水敏感通道上(如频点31.4GHz)的辐射亮温，a、b、c为常数项；
步骤2，利用探空数据样本(晴天、云天、雨天的样本各占1/3)，计算得到(1)式中的亮温TL以及对应的影响因子L的统计值，通过统计回归、最小二乘解或其他最优解算法，得到(1)式中的常数项a、b、c的最佳估计值，本实施例采用的是统计回归的方法；
步骤3，将微波辐射计在水汽频段上某个通道上的辐射亮温TB减去影响因子L，即可得到改进后的新亮温值TBR(即将微波辐射计在水汽频段上某个通道上的辐射亮温修正为TBR)：
TBR＝TB-L＝TB-(a+b*TL+c*TL 2) (2)
(2)式中，TBR表示消除云、雨天大气中的液态水影响后的辐射计测量亮温；TB表示微波辐射计原始测量亮温，TL表示微波辐射计在液态水敏感通道上的辐射亮温；a、b、c为统计得到的常数项。
由于(1)式中影响因子L在微波辐射计的每个探测频点上的值是不同的，因此，针对氧气、水汽频段的不同频点，分别采用(1)式和(2)式进行亮温修正。
本发明方法通过构造氧气、水汽频段的辐射亮温与云、雨天天气液态水的关系，消除了在云、雨天时，由液态水造成的对氧气、水汽频段辐射亮温测量的过量影响，有助于提高微波辐射计在云、雨天气条件下的测量精度。
在北京某国家级标准气象观测场进行了为期6个月的观测试验，试验内容为微波辐射计测量的数据与同址的探空数据并行比对。通过对比123个样本的结果表明，本发明方法使微波辐射计在云雨天的亮温测量精度得到明显提高，如水汽通道在23.8GHz的测量均方根误差由3.7K提高到1.6K(以探空计算值作为真值)，误差均值由2.4K提高到0.8K。
图2是微波辐射计测量的原始亮温与采用本发明方法得到的亮温之间的误差对比图，可以看出，采用本发明方法后，误差值较原探测结果减小。

Claims (3)

1.一种提高微波辐射计在云、雨天气条件下测量精度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，构造氧气、水汽频段的辐射亮温受云、雨天大气液态水影响因子的关系表达式：
L＝a+b*TL+c*TL 2 (1)
L表示云、雨天大气中的液态水影响因子；TL表示微波辐射计在液态水敏感通道上的辐射亮温，a、b、c为常数项；
步骤2，利用探空数据样本，计算得到(1)式中的亮温TL以及对应的影响因子L的统计值，通过统计回归或最小二乘解，得到(1)式中的常数项a、b、c的最佳估计值；
步骤3，将微波辐射计在水汽频段上某个通道上的辐射亮温TB减去影响因子L，即可得到改进后的新亮温值TBR：
TBR＝TB-L＝TB-(a+b*TL+c*TL 2) (2)
(2)式中，TBR表示消除云、雨天大气中的液态水影响后的辐射计测量亮温；TB表示微波辐射计原始测量亮温。
2.根据权利要求1所述提高微波辐射计在云、雨天气条件下测量精度的方法，其特征在于：在步骤1中，液态水敏感通道的频点为31.4GHz。
3.根据权利要求1所述提高微波辐射计在云、雨天气条件下测量精度的方法，其特征在于：在步骤2的探空数据样本中，晴天、云天和雨天的样本各占1/3。
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