地基微波辐射计质量控制和反演算法研究

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地基微波辐射计是基于大气微波遥感技术的气象观测设备,具有校准方法可靠性强、方便携带、可实现自动连续探测、设备安装使用操作简单、时间分辨率高等众多优点。正逐渐成为遥感大气廓线的重要仪器,成为获取大气温湿廓线的一种重要手段,对认识各种尺度的天气演变过程与做好临近天气预报具有重要意义。微波辐射计数据的质量情况影响着业务和科研工作中数据的使用,因此,地基微波福射计数据的质量控制尤为重要,提高微波辐射计观测数据质量及反演精度对气象部门具有重要意义。本文在学习传统的气象质量控制算法和反演算法的基础上,针对该设备数据存在的质量问题进行了深入的探究,提出了在降水条件下的数据质量问题并给予相应的质量控制方法,结合云雷达数据尝试提升在云天下的温湿廓线的反演精度,并评估了中国气象局大气探测试验基地正在运行的两台国产微波辐射计的探测性能,主要研究内容包括:(1)对微波辐射计相关数据资料和算法进行了介绍,主要研究对象为LV1级亮温数据资料和LV2级产品数据资料、探空数据、正演亮温数据、插值算法和回归模型以及BP神经网络。(2)结合地基微波辐射计观测值特点和传统气象质量控制方法研究了地基微波辐射计质量控制算法。尤其针对降水条件下天线罩覆盖水膜对亮温数据造成的影响进行了深入的研究,提出了本文针对降水检查的质量控制方法。确定算法中所需的阈值,通过数据质量评估验证了质量控制方法的有效性。(3)基于云天条件下的温湿廓线反演精度不高的问题对反演算法进行了数据融合研究,建立了一种微波辐射计设备结合云雷达信息反演温湿廓线的BP神经网络算法模型。通过数据评估分析验证了反演算法数据融合的有效性。(4)分析评估了相关气象数据并将算法进行了相关系统应用。从亮温数据的准确性、温湿廓线、水汽密度和积分水汽含量五个方面评估了两台国产微波辐射计的探测性能。并针对探测性能不佳的设备进行了质量控制。对冬奥会微波辐射计进行亮温数据质量控制,满足冬奥气象保障服务需求。不同设备的结果验证了本文算法的有效性和应用于实际业务的可行性。微波辐射计的相关算法均已应用在超大城市观测平台和智能垂直廓线集成控制系统。
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