本发明专利技术提供了一种大气热力结构的反演方法，该反演方法包括：确定观测算子；针对于不同的观测场景相应构建大气热力结构的背景场和背景场协方差矩阵、以及观测算子误差矩阵；获取微波探测仪的待反演观测数据，并对与待反演观测数据相对应的观测场景进行识别；根据识别结果选择相应的背景场、背景场协方差矩阵以及观测算子误差矩阵；将观测算子、待反演观测数据、以及根据识别结果选择的背景场、背景场协方差矩阵和观测算子误差代入变分代价函数，通过迭代的方式反演得到大气热力结构。相应地，本发明专利技术还提供了一种大气热力结构的反演装置、设备以及存储介质。实施本发明专利技术可以提高大气热力结构的反演精度。力结构的反演精度。力结构的反演精度。
【技术实现步骤摘要】
大气热力结构的反演方法、装置、设备以及存储介质
[0001]本专利技术涉及大气反演
，尤其涉及一种大气热力结构的反演方法、装置、设备以及存储介质。
技术介绍
[0002]微波探测仪具有一定的穿云透雨能力，在气象领域用于探测大气廓线，例如温度廓线、湿度廓线、云水廓线、雨水廓线、霰廓线等。目前国际上气象卫星搭载的主流微波探测仪包括美国NPP卫星和J1卫星搭载的ATMS仪器、欧洲METOP系列卫星及美国NOAA系列卫星搭载的AMSU仪器、美国国防气象卫星搭载的SSMI/S仪器、以及中国风云气象卫星搭载的MWTS/MWHS仪器等。
[0003]由于微波探测仪的直接观测数据是辐射或亮温，所以需要通过对微波探测仪的观测数据进行反演才能得到相应的大气廓线。目前国际上业务化运行的星载微波探测仪大气反演系统主要基于一维变分(1-Dimensional VARiation，1DVAR)算法实现，其实现过程如下：基于给定的大气廓线背景场和背景场协方差矩阵、观测算子以及观测算子误差矩阵，通过变分迭代在误差收敛条件下反演得到大气廓线。
[0004]上述现有反演过程的问题在于：整个反演过程中大气廓线背景场和背景场协方差矩阵、以及观测算子误差矩阵是给定不变的，但实际上，在不同观测时间、不同观测位置以及不同天气条件下(即不同观测场景下)，大气背景廓线存在较大的差异，观测算子的误差也不尽相同。这种情况下，简单粗暴地利用给定不变的大气廓线背景场和背景场协方差矩阵、以及观测算子误差矩阵进行反演必然会影响反演的精度。而大气廓线反演精度的高低进一步又会影响到对灾害天气事件监测的准确性。
技术实现思路
[0005]为了克服现有技术中的上述缺陷，本专利技术提供了一种大气热力结构的反演方法，该反演方法包括：
[0006]确定观测算子；
[0007]针对于不同的观测场景相应构建大气热力结构的背景场和背景场协方差矩阵、以及观测算子误差矩阵；
[0008]获取微波探测仪的待反演观测数据，并对与待反演观测数据相对应的观测场景进行识别；
[0009]根据识别结果选择相应的背景场、背景场协方差矩阵以及观测算子误差矩阵；
[0010]将所述观测算子、所述待反演观测数据、以及根据识别结果选择的所述背景场、所述背景场协方差矩阵和观测算子误差代入变分代价函数，通过迭代的方式反演得到大气热力结构。
[0011]根据本专利技术的一个方面，该反演方法中，获取第一历史时长内每一气象格点的大气热力结构；针对每一所述气象格点，根据观测时间和天气条件获取相应的所述大气热力
结构后求平均，并将求平均后得到的结果作为所述气象格点在所述观测时间和所述天气条件下的大气热力结构的背景场。
[0012]根据本专利技术的另一个方面，该反演方法中，针对于不同的观测场景相应构建大气热力结构的背景场协方差矩阵的步骤包括：根据观测时间、下垫面特征以及天气条件选择相应的背景场，并根据选择的所述背景场计算得到所述观测时间、所述下垫面特征以及所述天气条件下的大气热力结构的背景场协方差矩阵。
[0013]根据本专利技术的又一个方面，该反演方法中，针对于不同的观测场景相应构建观测算子误差矩阵的步骤包括：获取所述微波探测仪各探测通道的历史观测数据、以及与各探测通历史观测数据相对应的模拟观测数据；根据观测时间、下垫面特征以及天气条件选择所述微波探测仪各探测通道相应的历史观测数据和模拟观测数据，并根据选择的所述历史观测数据和所述模拟观测数据计算得到所述观测时间、所述下垫面特征以及所述天气条件下的观测算子误差矩阵。
[0014]根据本专利技术的又一个方面，该反演方法中，获取微波探测仪的待反演观测数据的步骤包括：若微波探测仪的低频探测通道和高频探测通道分布在同一仪器上，则直接获取该仪器的待反演观测象元的观测数据作为所述微波探测仪的待反演观测数据；若微波探测仪的低频探测通道和高频探测通道分布在两个仪器上，则对所述两个仪器的待反演观测象元进行匹配，匹配成功后获取所述两个仪器匹配的待反演观测象元的观测数据共同作为所述微波探测仪的待反演观测数据。
[0015]根据本专利技术的又一个方面，该反演方法中，对所述两个仪器的待反演观测象元进行匹配的步骤包括：计算两个仪器的待反演观测象元中心点之间的距离、以及计算该两个仪器待反演观测象元的观测时间差，若所述距离小于预设距离阈值且观测时间差小于预设时间差阈值，则判断所述两个仪器的待反演观测象元匹配。
[0016]根据本专利技术的又一个方面，该反演方法中，对与待反演观测数据相对应的观测场景进行识别的步骤包括：对与待反演观测数据相对应的观测时间、下垫面特征以及天气条件进行识别。
[0017]根据本专利技术的又一个方面，该反演方法中，对与待反演观测数据相对应的下垫面特征进行识别的步骤包括：根据所述待反演观测数据判断所述待反演观测数据所对应的区域类型；从所述微波探测仪的探测通道中选择权重函数接近地面、探测频率接近且极化方向相反的两个探测通道；根据所述两个探测通道观测数据的差值以及所述区域类型识别所述待反演观测数据所对应的下垫面特征。
[0018]根据本专利技术的又一个方面，该反演方法中，对与待反演观测数据相对应的天气条件进行识别的步骤包括：从所述微波探测仪的探测通道中，选择至少一个窗区探测通道组合和/或至少一个氧气吸收通道组合，其中，所述窗区探测通道组合包括两个窗区探测通道，所述氧气吸收通道组合包括一个低频氧气吸收通道和一个高频氧气吸收通道，所述氧气吸收通道组合中的所述低频氧气吸收通道和所述高频氧气吸收通道的权重函数峰值高度接近；根据所述至少一个窗区探测通道组合和/或至少一个氧气吸收通道组合计算窗区的散射指数、对流层中层的散射指数以及对流层高层的散射指数，并根据所述窗区的散射指数、所述对流层中层的散射指数以及所述对流层高层的散射指数识别所述待反演观测数据所对应的天气条件。
[0019]根据本专利技术的又一个方面，该反演方法中，将所述观测算子、所述待反演观测数据、以及根据识别结果选择的所述背景场、所述背景场协方差矩阵和观测算子误差代入变分代价函数之前，所述反演方法还包括：对所述待反演观测数据进行修正以得到修正观测数据；将所述观测算子、所述待反演观测数据、以及根据识别结果选择的所述背景场、所述背景场协方差矩阵和观测算子误差代入变分代价函数的步骤包括：将所述观测算子、所述修正观测数据、以及根据识别结果选择的所述背景场、所述背景场协方差矩阵和观测算子误差代入变分代价函数。
[0020]根据本专利技术的又一个方面，该反演方法中，当利用陆表发射率计算所述观测算子时，根据所述观测场景确定与所述观测场景相对应的陆表发射率、并将该陆表发射率用于所述观测算子的计算；当利用海表发射率计算所述观测算子时，每次迭代结束后利用该次迭代计算得到的大气热力结构对海表发射率进行更新、并将更新后的所述海表发射率用于下一次迭代中观测算子的计算。
[0021]根据本专利技术的又一个方面，该反演方法中，每次迭代结束后根据该次迭代计算得到的大气热力结构以及大气静力平衡模型本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种大气热力结构的反演方法，该反演方法包括：确定观测算子；针对于不同的观测场景相应构建大气热力结构的背景场和背景场协方差矩阵、以及观测算子误差矩阵；获取微波探测仪的待反演观测数据，并对与待反演观测数据相对应的观测场景进行识别；根据识别结果选择相应的背景场、背景场协方差矩阵以及观测算子误差矩阵；将所述观测算子、所述待反演观测数据、以及根据识别结果选择的所述背景场、所述背景场协方差矩阵和观测算子误差代入变分代价函数，通过迭代的方式反演得到大气热力结构。2.根据权利要求1所述的反演方法，其中，针对于不同的观测场景相应构建大气热力结构的背景场的步骤包括：获取第一历史时长内每一气象格点的大气热力结构；针对每一所述气象格点，根据观测时间和天气条件获取相应的所述大气热力结构后求平均，并将求平均后得到的结果作为所述气象格点在所述观测时间和所述天气条件下的大气热力结构的背景场。3.根据权利要求2所述的反演方法，其中，针对于不同的观测场景相应构建大气热力结构的背景场协方差矩阵的步骤包括：根据观测时间、下垫面特征以及天气条件选择相应的背景场，并根据选择的所述背景场计算得到所述观测时间、所述下垫面特征以及所述天气条件下的大气热力结构的背景场协方差矩阵。4.根据权利要求1所述的反演方法，其中，针对于不同的观测场景相应构建观测算子误差矩阵的步骤包括：获取所述微波探测仪各探测通道的历史观测数据、以及与各探测通历史观测数据相对应的模拟观测数据；根据观测时间、下垫面特征以及天气条件选择所述微波探测仪各探测通道相应的历史观测数据和模拟观测数据，并根据选择的所述历史观测数据和所述模拟观测数据计算得到所述观测时间、所述下垫面特征以及所述天气条件下的观测算子误差矩阵。5.根据权利要求1所述的反演方法，其中，获取微波探测仪的待反演观测数据的步骤包括：若微波探测仪的低频探测通道和高频探测通道分布在同一仪器上，则直接获取该仪器的待反演观测象元的观测数据作为所述微波探测仪的待反演观测数据；若微波探测仪的低频探测通道和高频探测通道分布在两个仪器上，则对所述两个仪器的待反演观测象元进行匹配，匹配成功后获取所述两个仪器匹配的待反演观测象元的观测数据共同作为所述微波探测仪的待反演观测数据。6.根据权利要求5所述的反演方法，其中，对所述两个仪器的待反演观测象元进行匹配的步骤包括：计算所述两个仪器的待反演观测象元中心点之间的距离、以及计算该两个仪器待反演观测象元的观测时间差，若所述距离小于预设距离阈值且观测时间差小于预设时间差阈
值，则判断所述两个仪器的待反演观测象元匹配。7.根据权利要求1所述的反演方法，其中，对与待反演观测数据相对应的观测场景进行识别的步骤包括：对与待反演观测数据相对应的观测时间、下垫面特征以及天气条件进行识别。8.根据权利要求7所述的反演方法，其中，对与待反演观测数据相对应的下垫面特征进行识别的步骤包括：根据所述待反演观测数据判断所述待反演观测数据所对应的区域类型；从所述微波探测仪的探测通道中选择权重函数接近地面、探测频率接近且极化方向相反的两个探测通道；根据所述两个探...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡皓，翁富忠，杨俊，
申请(专利权)人：中国气象科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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