[發(fā)明專利]融合數(shù)值模式和衛(wèi)星微波云反演數(shù)據(jù)的紅外亮溫模擬方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110436628.6
• 申請(qǐng)日: 2021-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN113111529B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李昕;曾明劍;汪寧;唐飛;諸葛小勇;鄒曉蕾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京氣象科技創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 南京業(yè)騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32321
• 代理人: 馬靜靜

1.一種融合數(shù)值模式和衛(wèi)星微波云反演數(shù)據(jù)的紅外亮溫模擬方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、對(duì)WRF數(shù)值模擬數(shù)據(jù)和衛(wèi)星ATMS微波云反演數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

所述WRF數(shù)值模擬數(shù)據(jù)的預(yù)處理，是對(duì)WRF數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括提取大氣常規(guī)要素、地表要素和大氣云水物質(zhì)要素；

所述衛(wèi)星ATMS微波云反演數(shù)據(jù)的預(yù)處理，是將MiRS系統(tǒng)生成的ATMS的微波云反演數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括提取大氣云水物質(zhì)要素；

步驟二、對(duì)衛(wèi)星微ATMS微波云反演數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制；

步驟三、對(duì)WRF數(shù)值模擬數(shù)據(jù)和質(zhì)量控制后的衛(wèi)星ATMS微波云反演數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，獲得大氣云水物質(zhì)要素的融合分析場(chǎng)；

步驟四、提取WRF數(shù)值模擬數(shù)據(jù)的大氣常規(guī)要素和融合分析場(chǎng)的大氣云水物質(zhì)為垂直廓線，以垂直廓線作為輻射傳輸模型CRTM的輸入廓線；提取WRF數(shù)值模擬數(shù)據(jù)的地表要素為單點(diǎn)要素，將單點(diǎn)要素和衛(wèi)星視場(chǎng)對(duì)應(yīng)的幾何參數(shù)輸入輻射傳輸模型CRTM，計(jì)算每個(gè)格點(diǎn)上的衛(wèi)星紅外模擬亮溫；采用CrIS觀測(cè)與格點(diǎn)數(shù)據(jù)的視場(chǎng)匹配技術(shù)，將衛(wèi)星紅外模擬亮溫值轉(zhuǎn)換到CrIS視場(chǎng)，通過二維高斯型分布函數(shù)來計(jì)算CrIS視場(chǎng)范圍內(nèi)各個(gè)格點(diǎn)模擬值的權(quán)重，進(jìn)而通過加權(quán)平均求得平均模擬亮溫，作為最終的CrIS視場(chǎng)模擬亮溫。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合數(shù)值模式和衛(wèi)星微波云反演數(shù)據(jù)的紅外亮溫模擬方法，其特征在于，所述大氣常規(guī)要素包括溫度、水汽和氣壓；所述地表要素包括地表溫度和地表氣壓；所述大氣云水物質(zhì)要素包括云水混合比、云冰混合比和雨水混合比。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的融合數(shù)值模式和衛(wèi)星微波云反演數(shù)據(jù)的紅外亮溫模擬方法，其特征在于，步驟二中對(duì)衛(wèi)星微ATMS微波云反演數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制的方法包括重大誤差檢驗(yàn)、背景場(chǎng)離群值檢驗(yàn)和空間一致性檢驗(yàn)；

1)重大誤差檢驗(yàn)：

將衛(wèi)星ATMS微波云反演數(shù)據(jù)的云水混合比在垂直方向做積分，求得云水路徑其中下標(biāo)c表示云水，上標(biāo)o表示觀測(cè)，記為ice verticalintegration，簡(jiǎn)稱CVI；

將衛(wèi)星ATMS微波云反演數(shù)據(jù)的云冰混合比在垂直方向做積分，求得云冰路徑其中下標(biāo)i表示云冰，上標(biāo)o表示觀測(cè)，記為ice verticalintegration，簡(jiǎn)稱IVI；

將衛(wèi)星ATMS微波云反演數(shù)據(jù)的雨水混合比在垂直方向做積分，求得雨水路徑其中下標(biāo)r表示雨水，上標(biāo)o表示觀測(cè)，記為Rain verticalintegration，簡(jiǎn)稱RVI；

上述三個(gè)公式中，i表示跨軌方向，j表示沿軌方向，k為垂直分層，ρ表示大氣密度，z表示垂直高度，kmax表示高度最大值對(duì)應(yīng)的垂直序號(hào)；

通過樣本統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，CVI，IVI和RVI的正常取值范圍在0-3000g m^-2之間，因此，設(shè)定重大誤差檢驗(yàn)閾值γ_gross＝3000g·m^-2；

若CVI^o(i,j)＞γ_gross,or,CVI^o(i,j)＜0,則剔除該空間點(diǎn)(i,j)、所有高度層的數(shù)據(jù)；

若IVI^o(i,j)＞γ_gross,or,IVI^o(i,j)＜0，則剔除該空間點(diǎn)(i,j)、所有高度層的數(shù)據(jù)；

若RVI^o(i,j)＞γ_gross,or,RVI^o(i,j)＜0，則剔除該空間點(diǎn)(i,j)、所有高度層的數(shù)據(jù)；

2)背景場(chǎng)離群值檢驗(yàn)檢驗(yàn)：

首先，將WRF數(shù)值模式模擬數(shù)據(jù)的云水混合比云冰混合比雨水混合比做空間線性插值，插值到衛(wèi)星ATMS微波云反演數(shù)據(jù)的和的空間位置，其中，下標(biāo)c表示云水，下標(biāo)i表示云冰，下標(biāo)r表示雨水，上標(biāo)m表示模擬；

其次，做垂直積分，求得WRF數(shù)值模擬數(shù)據(jù)的云水路徑CVI^m(i,j)、云冰路徑IVI^m(i,j)和雨水路徑RVI^m(i,j)；根據(jù)統(tǒng)計(jì)樣本，計(jì)算云水路徑、云冰路徑和雨水路徑的標(biāo)準(zhǔn)差σ_CVI、σ_CVI和σ_CVI，其中，

再次，執(zhí)行離群值檢驗(yàn)：

若|CVI^o(i,j)-CVI^m(i,j)|＞3·σ_CVI，則剔除該空間點(diǎn)(i,j)、所有高度層的數(shù)據(jù)；

若|IVI^o(i,j)-IVI^m(i,j)|＞3·σ_IVI，則剔除該空間點(diǎn)(i,j)、所有高度層的數(shù)據(jù)；

若|RVI^o(i,j)-RVI^m(i,j)|＞3·σ_RVI，則剔除該空間點(diǎn)(i,j)、所有高度層的數(shù)據(jù)；

3)空間一致性檢驗(yàn)：

首先，以水平距離110km作為空間一致性檢驗(yàn)的半徑，分別計(jì)算每個(gè)空間點(diǎn)(i,j)的CVI^o(i,j)、IVI^o(i,j)和RVI^o(i,j)與其周圍110km半徑以內(nèi)的平均值和之間的差，分別記為：

其次，執(zhí)行空間一致性檢驗(yàn)：

若δ_CVI(i,j)＞100g·m^-2，則剔除該空間點(diǎn)(i,j)、所有高度層的數(shù)據(jù)；

若δ_IVI(i,j)＞100g·m^-2，則剔除該空間點(diǎn)(i,j)、所有高度層的數(shù)據(jù)；

若δ_RVI(i,j)＞100g·m^-2，則剔除該空間點(diǎn)(i,j)、所有高度層的數(shù)據(jù)。