[發(fā)明專利]大氣熱力結(jié)構(gòu)的反演方法、裝置、設(shè)備以及存儲介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011116127.1
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112285130B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡皓;翁富忠;楊俊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國氣象科學研究院
• 主分類號: G01N22/00
• 分類號: G01N22/00;G01W1/10
• 代理公司: 北京元合聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11653
• 代理人: 李非非

本發(fā)明提供了一種大氣熱力結(jié)構(gòu)的反演方法，該反演方法包括：確定觀測算子；針對于不同的觀測場景相應(yīng)構(gòu)建大氣熱力結(jié)構(gòu)的背景場和背景場協(xié)方差矩陣、以及觀測算子誤差矩陣；獲取微波探測儀的待反演觀測數(shù)據(jù)，并對與待反演觀測數(shù)據(jù)相對應(yīng)的觀測場景進行識別；根據(jù)識別結(jié)果選擇相應(yīng)的背景場、背景場協(xié)方差矩陣以及觀測算子誤差矩陣；將觀測算子、待反演觀測數(shù)據(jù)、以及根據(jù)識別結(jié)果選擇的背景場、背景場協(xié)方差矩陣和觀測算子誤差代入變分代價函數(shù)，通過迭代的方式反演得到大氣熱力結(jié)構(gòu)。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種大氣熱力結(jié)構(gòu)的反演裝置、設(shè)備以及存儲介質(zhì)。實施本發(fā)明可以提高大氣熱力結(jié)構(gòu)的反演精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大氣反演技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大氣熱力結(jié)構(gòu)的反演方法、裝置、設(shè)備以及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

微波探測儀具有一定的穿云透雨能力，在氣象領(lǐng)域用于探測大氣廓線，例如溫度廓線、濕度廓線、云水廓線、雨水廓線、霰廓線等。目前國際上氣象衛(wèi)星搭載的主流微波探測儀包括美國NPP衛(wèi)星和J1衛(wèi)星搭載的ATMS儀器、歐洲METOP系列衛(wèi)星及美國NOAA系列衛(wèi)星搭載的AMSU儀器、美國國防氣象衛(wèi)星搭載的SSMI/S儀器、以及中國風云氣象衛(wèi)星搭載的MWTS/MWHS儀器等。

由于微波探測儀的直接觀測數(shù)據(jù)是輻射或亮溫，所以需要通過對微波探測儀的觀測數(shù)據(jù)進行反演才能得到相應(yīng)的大氣廓線。目前國際上業(yè)務(wù)化運行的星載微波探測儀大氣反演系統(tǒng)主要基于一維變分(1-Dimensional VARiation，1DVAR)算法實現(xiàn)，其實現(xiàn)過程如下：基于給定的大氣廓線背景場和背景場協(xié)方差矩陣、觀測算子以及觀測算子誤差矩陣，通過變分迭代在誤差收斂條件下反演得到大氣廓線。

上述現(xiàn)有反演過程的問題在于：整個反演過程中大氣廓線背景場和背景場協(xié)方差矩陣、以及觀測算子誤差矩陣是給定不變的，但實際上，在不同觀測時間、不同觀測位置以及不同天氣條件下(即不同觀測場景下)，大氣背景廓線存在較大的差異，觀測算子的誤差也不盡相同。這種情況下，簡單粗暴地利用給定不變的大氣廓線背景場和背景場協(xié)方差矩陣、以及觀測算子誤差矩陣進行反演必然會影響反演的精度。而大氣廓線反演精度的高低進一步又會影響到對災(zāi)害天氣事件監(jiān)測的準確性。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種大氣熱力結(jié)構(gòu)的反演方法，該反演方法包括：

確定觀測算子；

針對于不同的觀測場景相應(yīng)構(gòu)建大氣熱力結(jié)構(gòu)的背景場和背景場協(xié)方差矩陣、以及觀測算子誤差矩陣；

獲取微波探測儀的待反演觀測數(shù)據(jù)，并對與待反演觀測數(shù)據(jù)相對應(yīng)的觀測場景進行識別；

根據(jù)識別結(jié)果選擇相應(yīng)的背景場、背景場協(xié)方差矩陣以及觀測算子誤差矩陣；

將所述觀測算子、所述待反演觀測數(shù)據(jù)、以及根據(jù)識別結(jié)果選擇的所述背景場、所述背景場協(xié)方差矩陣和觀測算子誤差代入變分代價函數(shù)，通過迭代的方式反演得到大氣熱力結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該反演方法中，獲取第一歷史時長內(nèi)每一氣象格點的大氣熱力結(jié)構(gòu)；針對每一所述氣象格點，根據(jù)觀測時間和天氣條件獲取相應(yīng)的所述大氣熱力結(jié)構(gòu)后求平均，并將求平均后得到的結(jié)果作為所述氣象格點在所述觀測時間和所述天氣條件下的大氣熱力結(jié)構(gòu)的背景場。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該反演方法中，針對于不同的觀測場景相應(yīng)構(gòu)建大氣熱力結(jié)構(gòu)的背景場協(xié)方差矩陣的步驟包括：根據(jù)觀測時間、下墊面特征以及天氣條件選擇相應(yīng)的背景場，并根據(jù)選擇的所述背景場計算得到所述觀測時間、所述下墊面特征以及所述天氣條件下的大氣熱力結(jié)構(gòu)的背景場協(xié)方差矩陣。