CN114265836B 一种基于云区温湿度廓线反演的卫星微波温湿度计全天候同化方法及装置 （南京信息工程大学）

一种基于云区温湿度廓线反演的卫星微波本发明提供了一种基于云区温湿度廓线反剔除质量较低的观测数据；将转化为prebufr格式的非晴空区廓线信息和晴空区的微波亮温数据一起放入WRFDA同化系统进行资料同化，输出21.一种基于云区温湿度廓线反演的卫星微波温湿度计全天候同化方法，其特征在于，获取卫星资料、常规观测资料和预报场资料；将预报场的地面和大气廓基于卫星资料中的云量数据判断观测点属于将被判别为非晴天的卫星资料输出，并根据观测亮温反演得到大将转化为prebufr格式的非晴空区廓线信息和剔除质量较低的观测数据后的晴空区的对订正后的晴空区的微波亮温数据进行质量控制，剔除质量较低读取卫星资料中观测像元的经纬度和时间，拒绝同化时间窗外和拒绝卫星资料的每个扫描线的前后各5个扫基于中分辨率光谱成像仪MERSI的云量产品进行视场角匹配，判断每个视点是否为云3获取系统第一次同化后输出的ASCLL形式的卫星观测信息；所述卫星观测信息包括每基于BP人工神经网络算法，研制海洋和陆地区域以及晴空和云天条针对海洋和陆地区域以及晴空和云天条件开展大气温湿度廓线6.一种基于云区温湿度廓线反演的卫星微波温湿度计全天候同化装置，其特征在于，转化模块：用于将被判别为非晴天的卫星资料输出，并根据观测亮偏差订正模块：用于将被判别为晴天的卫星资料进行偏输出模块：用于对订正后的晴空区的微波亮温数据进行质量测数据；将转化为prebufr格式的非晴空区廓线信息和剔除质量较低的观测数据后的晴空对订正后的晴空区的微波亮温数据进行质量控制，剔除质量较低读取卫星资料中观测像元的经纬度和时间，拒绝同化时间窗外和拒绝卫星资料的每个扫描线的前后各5个扫7.一种基于云区温湿度廓线反演的卫星微波温湿度计全天候同化装置，其特征在于，4所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行权利要求1-5所述方5[0001]本发明涉及一种基于云区温湿度廓线反演的卫星微波温料的同化应用成为卫星资料同化领域的一个热门场误差分布，进一步解决了云雨区误差非高斯分布的问题，实现了对微波成像仪SSM/I和于Geer和Bauer提出的对称误差模式建立了MWHS2的观测误差模型，从而实现MWHS2的全天6种基于云区温湿度廓线反演的卫星微波温湿度计全天候[0011]将被判别为非晴天的卫星资料输出，并根据观测亮温反演得[0012]将被判别为晴天的卫星资料进行偏差订正，获得订正后的晴空区的微波亮温数[0014]将转化为prebufr格式的非晴空区廓线信息和晴空区的微波亮温数据一起放入[0021]拒绝卫星资料中观测残差(Obs-Background，观测亮温减模拟亮温)大于15K的观[0024]基于中分辨率光谱成像仪MERSI的云量产品进行视场角匹配，若微波垂直探测仪7[0035]获取系统第一次同化后输出的ASCLL形式的卫星观测信息，所述卫星观测信息包[0042]晴雨判断模块：用于基于卫星资料中的云量数据判断观测点属于晴天还是非晴的观测数据；将转化为prebufr格式的非晴空区廓线信息和晴空区的微波亮温数据一起放格式的非晴空区廓线信息和晴空区的微波亮温数据一起放入WRFDA同化系统进行资料同8MERSI云量产品进行云检测：将MERSI(从仪器)与微波垂直探测仪MWTS2/MWHS2(主仪器)进认为该从仪器观测点落于主仪器的瞬时视场内，若瞬时视场内的云产品均值大于70(最大9TemperatureSounder-2，MWTS2)和微波湿度计二型(MicrowaveHumiditySounder-2,系统。系统在天气研究和预报资料同化(WeatherResearchandForecasting天候大气垂直探测仪卫星资料同化技术路线如下图1所示，各部分的详细技术方案在下文[0089]本发明从中国气象卫星中心下载FY-3D卫星观测资料，其中MWTS2和MWHS2观测资约1186条扫描线，MWHS2每个观测文件包含约100分钟的观测信息，总计约2280条扫描线。FY-3D在每天的06时和18时会经过[0091]本发明采用WRF4.1版本及其同化系统实现对FY-3D星MWTS2和MWHS2观测资料的直[0092]WRF在中尺度数值天气预报领域的应用广泛。WRF模式是一种完全可压非静力模度法进行极小化运算。在WRFDA系统中已经实现了三维变分同化(3Dvar)和四维变分同化星卫星观测资料为代表的非常规观测资料，可读取资料格式包括ASCII格式或PRERBUFR格[0096]卫星搭载的大气垂直探测仪由于仪器观测位置、观测技探测仪各通道亮温存在系统偏差，在同化卫星辐射资料前还需要对观测亮温进行偏差订输模式等多源误差，这些误差经常和数值预报温湿场的典型误差所相应的辐射变化相当，的订正因子系数都写在VARBC.in文件里供VARBC模块调用读取。为了给预报初始时刻的卫[0128]图5和图6表示MWTS2和MWHS2各个同化通道的偏差订正系数随循环同化时刻的变的幅度要大于MWTS2，这可能是因为大气中水汽的变化更加复杂，而水汽通道探测精度较[0129]图7表示MWTS2和MWHS2各个通道在使用和不使用偏差订正系数时各通道的平均偏[0130]图8表示MWTS2和MWHS2各个通道在使用和不使用偏差订正系数时各通道偏差的标器的观测矢量与主仪器的观测矢量小于主仪器瞬时视场角的1/2，则认为该从仪器观测点[0147]分别计算出ECEF坐标系下主仪器像元的观测矢量LOSm和从仪器像元的观测矢量[0149]最后基于瞬时视场内微波成像仪的云量段产品和再分析资料料中的地表类型对效地用于复杂的非线性函数的逼近，一个3层的前馈网络能够实现任意精度的连续函数映[0179]相对湿度的反演RMSE先是随高度的上升逐渐增大，在300-900hPa维持在10％左通道权重函数峰值都位于300hPa以下，对大气高层不敏感导致的。而在大气平流层以上空条件基本一致，但在300-900hPa随高度的上升逐渐从10％增大至17在150hPa达到最[0189]NCAR等机构开发的WRF模式以及WRFDA系统己经能够将多种卫星仪器进行资料同使得将其他的卫星资料写入该同化模块成为可能，并且相对比较容易。因此本发明依托[0193]数据读入程序编写：在da_radiance目录下加入da_read_obs_hdf5mwts2.inc和[0194]数据质量控制程序：在da_radiance目录下添加da_qc_mwts2.inc和da_qc_[0197]LINUX系统，Intel编译器(版本18.0.0)，需要事先安装HDF5(版本1.8.20)和[0201]经过反演得到的大气温湿度廓线会事先导入txt，然后编译运行prepbufr_测点匹配的MERSI云量产品作为晴天和非晴天的判别标准，将通过质量控制但是被判别为非晴空区廓线信息和晴空区的微波亮温数据一起进入W[0204]风云三号系列卫星作为我国第二代极轨气象卫星，最新发射的FY-3D卫星上所搭载的新型微波温度计和新型微波湿度计相比FY-3A/B上所搭载的微波探测仪更先进，探测能够协助定义同化中的背景和观测误差。因此本发明基于FY-3D微波温度计和微波湿度计[0213]为了定量评价和比较同化MWTS2和MWHTS2两种微波探测仪器对数值预报的影响，化试验，在同化常规观测资料的基础上加入MWTS2和MWHS2的晴空观测资料和云区反演资[0218]以2019年6月3日06时的一次同化试验为例，分析FY3D微波垂直探测仪的同化效[0223]试验给出了三组试验2019年6月3日06时-2019年6月4日06时的24小时累计降水和ALLSKY试验均预报出了100mm量级以上的降水，并且ALLSKY试验预报的区域要更大些；CLEAR和ALLSKY试验预报结果较与CTRL试验在广州中部的50m要比CTRL和CLEAR试验明显更接近于0。同化MWTS2和MWHS2对位势高度的影响与温度类似。FY3D微波温湿度计资料的晴空同化对大雨及以上量级的降水预报有明显的改善[0230]对比CLEAR试验，ALLSKY试验的TS评分在50和100mm阈值上正效果进一步提升，50mm提升5.93100mm提升39.25ALLSKY试验的ETS评分同样在50和100mm阈值上进一料的全空同化对暴雨及以上量级的降水预报有明显的改善作[0236]为了更加客观地评估同化MWTS2/MWHS2资料对降水量模拟效果的影响，将24小时小时统计的TS评分,柱形图上方写出了CLEAR试验和ALLSKY试验相对于CTRL试验TS评分提[0238]总体来说CLEAR试验和ALLSKY试验的正效果主要体现在12-18h和18-24h时间段，在12-18h对达到25和50mm以上量级的降水改进尤为明显。这可能是由于系统spin-up的缘[0240]本实施例提供一种基于云区温湿度廓线反演的卫星微波温湿度计全天候同化装[0242]晴雨判断模块：用于基于卫星资料中的云量数据判断观测点属于晴天还是非晴的观测数据；将转化为prebufr格式的非晴空区廓线信息和晴空区的微波亮温数据一起放[0248]本发明提供一种基于云区温湿度廓线反演的卫星微波温现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定[0253]这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一