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云在环境和气候中扮演一个重要的角色,是地球辐射收支中的一个非常重要成员。随着越来越多先进的气象卫星平台(如Aqua卫星)和仪器投入使用,利用多通道多仪器的联合观测可以对云的宏观和微观参数进行更精确的反演研究。本论文利用Aqua卫星的MODIS仪器和Cloudsat卫星的CPR仪器联合探测结果,并结合SBDART模式的模拟,建立了一种准确反演云顶温度的算法和云顶高度的统计反演算法。
HDF数据格式:
本文首先对气象卫星遥感数据的存储格式HDF的数据格式的特点和结构进行了分析,尤其对HDF5数据格式的三种模型和文件结构进行了深入研究。提出读取HDF数据的流程,并给出了采用两种不同方法读取HDF5数据的代码。
云顶温度反演算法:
通过SBDART模式,对11μm通道辐射的敏感参数(云光学厚度、云几何厚度、粒子有效半径、云顶高度、水汽、海表温度)的敏感性进行了详细的分析。根据参数敏感性模拟分析结果和红外辐射传输公式,获得了云顶温度反演的校正公式,然后利用辐射传输模式对11μm通道亮温的模拟结果,通过多元曲线拟合来确定算法所涉及的相应系数,从而建立一种准确反演云顶温度的算法,并利用模式对反演算法进行了初步检验。
云顶高度反演算法:
利用Cloudsat数据,我们对CPR反演云顶高度的两种算法(雷达反射率方法和云层检测方法)进行了考察,并对地表回波的影响进行了分析。结果显示雷达反射率方法在阈值选为25dBZ,且扣除地表回波干扰后,获得的云顶高度结果相对来说最理想。之后,分析了以云顶高度和云顶温度阈值划分的高、中、低云量的全球分布和季节变化。最后,对三年夏季(7月)和冬季(1月)的样本,按照季节、纬度、光学厚度等条件,进行了云顶高度和云顶温度的关系的统计拟合研究,建立一种云顶高度反演的简单算法,并对这种算法进行了检验。