[發明專利]一種利用A-Train系列衛星數據協同反演云相態和云參量的新方法

無效

• 申請號: 201210034214.1
• 申請日: 2012-02-13
• 公開（公告）號: CN102707336A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 麻金繼;梁曉芳
• 申請（專利權）人: 安徽師范大學
• 主分類號: G01W1/00
• 分類號: G01W1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利涉及云相態和云參量的反演方法研究，尤其涉及聯合利用多傳感器協同方法對云相態和云參量的反演。?

背景技術

在全球氣候變化和天氣預報過程中，云是一個重要的參量。由于云所涉及的時間和空間尺度的變化范圍很大，且不同相態之間的轉換機制非常復雜，所以云是所有氣象要素中最難以描述的變量。在未來的云和輻射的參數化方案中，引入細致的微物理過程是一個重要的發展方向，故研究云的參量有著非常重要的意義。而目前現有的基于衛星數據識別云相態的方法基本都是利用單一傳感器數據反演的方法，這些方法對簡單云團的識別結果是比較精確的，但對復雜云團的識別結果相對都比較差，而天空的云團基本都是復雜云系，所以有必要發展識別云相態和反演云參量新的方法。?

發明內容

為得到精確的云相態和云參量的反演算法，本專利利用可見光和近紅外波段對云團整體的觀測效果和激光雷達、微波雷達可以探測到云團內部的垂直結構的特性，提出了一個反演云相態和結合云相態反演云參量的新方法——協同算法。?

本發明專利的技術方案是：一種利用A-Train系列衛星數據協同反演云相態和云參量的新方法，包括單個傳感器反演云相態方法的選取、數據匹配、云類型識別、仿真模型、協同算法的構建等。其特征是根據三個傳感器對云的探測信號不同，即激光雷達的后向散射系數、微波雷達的后向散射系數和近紅外波段的觀測輻射值對不同成份的粒子的云的信號敏感性不一樣，構建一個新算法，利用各自傳感器的方針模擬值和傳感器探測的真實值擬合到最佳狀態時，此時云粒子大小、云的類型、云光學厚度和云的冰水含量的值就是真實的云參量值。?

本發明專利的有益效果是：本算法聯合MODIS、CALIPSO、CloudSat衛星數據反演云相態和冰云參量，具有較高的精度。開發協同反演算法有利于我們正確的認識云相態和云的其他光學和物理參量；而且目前國際上發射的A-Train系列衛星提供了從可見、紅外、?微波和偏振等多波段、多方式的探測信號，為協同反演提供了數據源的保證；另外國內將要發射的FY-4衛星上計劃搭載的多傳感器，也能為協同反演提供數據源；反過來說，協同算法的建立也可以為FY-4數據源的應用提供科學技術參考和科學技術基礎。其建立的算法具有重要的現實意義和應用價值。?

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明專利作進一步闡述；

圖1為協同算法的技術路線圖；基于A-Train數據的協同反演云相態和云參量流程?

具體實施方式

根據目前單個傳感器反演云相態的特點，可以看出三傳感器對云的探測信號具有互補性，如：(1)對于微波雷達，其探測信號與粒子大小的6次方成正比(Z∝D⁶)，而對于激光雷達，其探測信號與粒子大小的2次方成正比(b∝D²)，故如果基于激光和微波雷達協同反演將會有利于不同尺度的粒子都能起到貢獻；(2)輻射亮度的協同應用能確保反演的粒子形狀正確；(3)不同的傳感器對不同相態粒子的敏感性不一樣，可以相互彌補；(4)單一傳感器的信號有時候有誤差或沒有獲得，而用多傳感器協同可處理信號偶爾丟失和有問題的情況；(5)還可處理云的內部多層結構和不同下墊面發射率以及云頂部問題。?

根據單個傳感器的特點，該算法首先基于經驗統計數據假設所需反演對象的物理參量，如協同算法反演云參量時，需先假設云粒子參量的a_v，N₀，S值，在該假設參量的前提下利用MODIS仿真模型、CALIPSO激光雷達仿真模型和CloudSat的仿真模型計算各自通道輻射值和雷達各自高度的后向反射值，然后用各傳感器的實際測量值與模擬值進行χ²的擬合(當然這種多數據組的擬合，需要建立協方差矩陣)，如果不能得到最佳值，就用估計的誤差從新計算并修正最先的云參量a_v，N₀，S值，再用新的參量和仿真模型再次計算模擬值，用新的模擬值和實際測量數據再次進行χ²的擬合，如此循環迭代，直到最后的擬合誤差達到允許的值后，輸出此時代入理論模型計算時的輸入的云參量假設值就是反演的云參量值。?