noaa極軌氣象衛(wèi)星大氣參數(shù)的物理反演方法數(shù)值試驗(yàn)

1、 弓 弓／9 ( 1 9 9 o ) ． 3 ： 2 3 3 ~2 4 1紅 外 研 究 C hi n． J．I ~ f rm r edR e-． N O A A極軌氣 象衛(wèi)星大氣 參數(shù) 的 物理反演方法數(shù)值試驗(yàn) 』逖 黎 光 清 、 ／ 董 超 華● _ ， _ _ - — 一( 國 家氣 象局衛(wèi) 星氣 象 中心 北京 ， 1 0 0 0 8 1 )冬． z 《 }v4 夸I摘 要——對 S mi t h和 W o o f近期發(fā)

2、表 的局步物理反演法進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析， 并 對東亞地 區(qū)的衛(wèi)星資料 進(jìn)行了多軌道反 演拼圖試驗(yàn)， 同時(shí)用不 弼妁和始估計(jì) 廓 線對反 演精度 妁依 賴性進(jìn)行 了研 究．關(guān) 鍵 詞 — _ 旦堂 壟 且 籃 籃 ， 三 塑 ·墅1 ．引 言 S mi t h和 w o 0 ] f [發(fā)表 了新的 同步物理反演法 ( 以下簡稱 8 P R法) ．此算 法的 最 大 特 點(diǎn)是通 過求解多參數(shù)亮溫泛函方程，可 同時(shí)直接反演出和通 道亮

3、溫直接有關(guān)的地表和氣候 參數(shù)． S P R法 比傳 統(tǒng)的單參 數(shù)反演 方法 有 突破性 的進(jìn)展 ： 8 P R 法能 同步反演 出多個(gè) 參數(shù) ，如地球表層溫度、 地面 發(fā)射 率、 地表高度、大氣的溫濕廓線等} 8 P R法使 衛(wèi)星定量 資料在云 天條件 下估 計(jì)出云參數(shù)成為可 能；斑 I R法和統(tǒng)計(jì)回歸反演法相 比，在一定程度上 減輕 了對 常規(guī)觀測資料的依賴 性．本 文從算 法結(jié)構(gòu)上對 8 P R法進(jìn)行 了分析，并用此法對東 亞地 醫(yī)

4、衛(wèi) 星資料進(jìn) 行 了 數(shù) 值 試驗(yàn) ， 結(jié)果 表明 8 P R法 是一種很有發(fā)展前途 的反演方法 ， 反演 出的天氣形 勢 場 和 實(shí) 況 場 基本一 致．不 同初始廓線 的試驗(yàn) 表明物 理反演法對常規(guī)資 料 的 依 賴 性 較 統(tǒng) 計(jì) 反 演 法 為 小 ．2 ．S P R 模 式 根 據(jù)衛(wèi)星輻射率 測值和驗(yàn)前信息 ， 利用一般 的反演方法 ， 如用迭代法 求解輻射傳輸 方 程 ， 先算 出( P) ， 然后求解濕度 遙感方程 再算

5、出 g ( P ) 等． 用統(tǒng)計(jì)回歸法 雖然不求解遙 感方程， 但也是逐一 地反演氣象 參數(shù)．這 些都是 當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn) 的反 演程序．車 文 1 9 8 9 年 2 月 1 7E收 到．維普資訊 http://www.cqvip.com 3期 N O AA 極 軌氣 象 星 大 氣參 數(shù)的物 理反 演 方琺 數(shù)值 試驗(yàn) 2 3 53 ．S P R 算 法 由于 衛(wèi) 星 輻 射 率 測 量 值 ( 尉 是 晉 朗克 輻 射 率 的 泛 函

6、 開 并 取 一 階 項(xiàng) ， 則 有 丑一j i 一a R ·；式 ( 6 ) 中， T為探 測通道亮溫， 并取 a 直 ／ aaa則 衄 一 · ／ I T 將 式 ( 7 ) 代 入 式 ( 5 1 得 即 皿[ B() ] ， 對 按泰 勒級 數(shù)展 ( 6 )( 7 )皿OB,／ 1 9 T~ 塑 ，由式 ( 8 ) 可見 所有待求的擾動(dòng)量均通過一個(gè) 公共 的亮 溫?cái)_ 動(dòng)量聯(lián)系起來 ，這正是 S P R算

7、 法的物理 實(shí)質(zhì)，為了線性 地同步反演出式 ( 8 ) 中各個(gè) 待估 計(jì)的擾動(dòng)量 ， 可 以把待估函數(shù) B一B() 、 B—B) ，以及 f () 分別按其變 量的參考值 ( 或驗(yàn)前值) 作泰勒級 數(shù)展 開， 取 其一階項(xiàng)， 得 A B 。 一· A T 。 {( 9 )4一}( 1 o )如鼉 ．( 1 1 ’將式 ( 9 ) 一 ( i l ) 代入式 ( 8 ) ， 經(jīng)過整理得線性 方程 式 礬A T [墻 +u &

8、#183; 器 F ／ + 齋( 1 2 )式 ( 1 2 ) 即 S P R算式．其 中為亮溫， M 是 可降水量．在式 ( 1 2 ) 中， 所有被積分的變量都依 賴于 ，為了用一組衛(wèi) 星輻射率測量值 擾動(dòng)量 從式 ( 1 2 ) 同步 地求 解出 血 、i T 和 2。 ，按 S mi ％ h和 wo 0 l f [選用任意 的氣壓基本 函數(shù) ( P) ， 構(gòu)造下列待求的參數(shù)廓線算式：g ( P ) 一 9 暑啦( P )( P

9、 ) ，( 1 3 )( P) =一 ∑ ( P) ．( 1 4 )式 ( 1 3 ) 、 ( 1 4 ) 中 g ( P ) 是水汽混合 比，是 重力加速度，下標(biāo) “ 0 ” 表示驗(yàn)前條樺， 塒一Ⅳ 表示 用來反演溫度廓線的通 道組臺數(shù) 目，Ⅳ 表示用來反演溫度廓 線的通道組合數(shù) 目．根據(jù) 濕空 氣的狀態(tài)方程和靜力學(xué)方程， 可將 式( ∞) 寫成 4 u ( P )蓍叫。( P )( 9 ) a 9 ，一( 】 5 )維普資訊 ht