[發明專利]一種基于主被動微波聯合探測的星載雷達的降水訂正方法

在審

• 申請號: 202011102745.0
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112213727A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 竇芳麗;商建;尹紅剛;郭楊;吳瓊;陸其峰;谷松巖
• 申請（專利權）人: 國家衛星氣象中心（國家空間天氣監測預警中心）
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95;G01S13/87;G01S7/40;G01W1/10;G01W1/18
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

本發明公開了一種基于主被動微波聯合探測的星載雷達的降水訂正方法，所述方法包括：利用數值預報背景場歷史數據和觀測歷史數據，對降水存在條件下主動雷達觀測數據和被動輻射計觀測數據的偏差進行訂正；對訂正后的主動雷達觀測數據、訂正后的被動輻射計觀測數據和數值預報背景場大氣三維空間分布信息進行時空匹配；以數值預報背景場大氣三維空間分布信息作為先驗信息，利用訂正后的主動雷達觀測數據和訂正后的被動輻射計觀測數據計算得到最優分析大氣云雨廓線；根據最優分析大氣云雨廓線計算主動雷達的相關降水訂正系數。本發明的方法適用于多種星載雷達系統和被動微波儀器，能夠保證降水訂正系數的精度。

技術領域

本發明涉及衛星雷達系統遙感數據處理領域，特別涉及一種基于主被動微波聯合探測的星載雷達的降水訂正方法。

背景技術

海洋和氣象衛星上載有的微波雷達系統比如星載微波散射計、微波高度計、降水測量雷達等，能夠提供覆蓋全球、高分辨率、高頻次和長周期的中小尺度表面風場、海浪場、垂直降雨率廓線等觀測資料，廣泛應用于災害性天氣預報預警、海洋氣象相互作用、氣候和數值模式資料同化等氣象海洋科學研究領域。在軌運行的我國海洋二號(HY-2)衛星上的散射計和高度計已在應用領域發揮了極大價值，我國風云三號(FY-3)衛星上也即將裝載散射計和降水測量雷達系統，預期將提供全球氣象服務。

微波雷達在進行地氣系統探測時，雷達回波受到降水云的影響產生衰減和體散射，為了準確獲取目標的散射回波信息，需要對原始回波進行準確的降水檢測和降水訂正。降水訂正是星載雷達觀測數據預處理的重要步驟，也是決定雷達定量反演產品精度的關鍵因素之一。

目前星載微波雷達降水訂正方案主要包括基于雷達單獨觀測和主被動聯合觀測兩種方法?；诶走_單獨觀測的回波衰減訂正方法一般用于降水測量雷達系統，包括通用法和表面反射技術法，基于雷達反射率因子與衰減系數的關系(k-Z關系)，計算每層的衰減量，根據全路徑衰減等約束條件進行迭代，重構衰減系數，該方法降水衰減的訂正精度受到k-Z關系、約束條件和方法本身的影響產生較大的計算誤差，而且只能用于有大氣垂直分辨能力的雷達如降水測量雷達，難以用于散射計這類觀測地表的雷達。

基于主被動聯合觀測的方法一般利用同步觀測的微波輻射計，這種方法用在散射計和高度計領域較多，美國SeaWinds散射計和星載高度計TOPEX/POSEIDON的業務大氣校正算法均利用微波輻射計AMSR和TMR的多通道亮溫估算Ku波段透過率，海洋衛星散射計和高度計的業務算法也是使用相似算法，該校正算法基于提前建立的降雨模型、通過米散射計算雷達頻段的降水訂正參數(路徑總衰減和總體散射)與輻射計透過率、亮溫等觀測的相關關系，根據被動觀測亮溫直接對雷達回波進行降水訂正，或者基于輻射計反演的降水廓線計算降水訂正參數。該方法依賴于多種理想假設精度受到影響，另外最大的問題是只適用于具有相近頻段的雷達和輻射計系統，應用于Ku頻段散射計(13.5GHz)，只能同步搭載相近頻段(18.7GHz和37GHz)的微波成像類輻射計才能應用，受衛星載荷規劃的約束較大，當由于衛星平臺限制無法搭載同步觀測的微波成像儀時(例如風云三號E星)，該方法失效。同時，該方法在降水測量雷達上難以應用，有些學者基于結合輻射傳輸的聯合迭代求解方法嘗試應用，但校正精度不高。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術缺陷，基于主被動微波聯合探測，提出了一種適用于氣象衛星和海洋衛星的雷達觀測數據的通用降水訂正方法，該方法適用于星載散射計、高度計、降水測量雷達和云雷達等雷達系統，當平臺上載有同步觀測的被動微波輻射計包括微波成像類儀器或微波探測類儀器時均可適用，不再受到衛星平臺上載荷規劃的限制。

為實現上述目的，本發明提出了一種基于主被動微波聯合探測的星載雷達的降水訂正方法，所述方法包括：

利用數值預報背景場歷史數據和觀測歷史數據，對降水存在條件下主動雷達觀測數據和被動輻射計觀測數據的偏差進行訂正；