本发明专利技术提供了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，该方法包括以下步骤：获取卫星资料、常规观测资料和预报场资料；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气温湿度廓线；将大气温湿度廓线以探空资料的形式转化为prebufr格式，获得prebufr格式的非晴空区廓线信息；将被判别为晴天的卫星资料进行进行偏差订正，获得订正后的晴空区的微波亮温数据；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，输出同化后的分析场。本发明专利技术能够改善数值模式的降水预报效果。水预报效果。水预报效果。
【技术实现步骤摘要】
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
[0001]本专利技术涉及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，属于卫星资料同化
技术介绍
[0002]资料同化用于为数值模式提供准确、合理的初始条件，越来越受到重视。资料同化要充分利用现有信息来确定一个最大可能精确的大气运动状态，同化观测资料来源主要有常规观测以及雷达、卫星等非常规观测资料。其中常规观测资料观测时间和地点固定，且多分布于人口密集等地区，时空分辨率低且分布不均匀，在偏远地区如海洋上空等极少有常规观测，而卫星观测具有全天候、全覆盖、资料一致等特点，随着发射的气象卫星不断增多，卫星资料用于改善模式初始场有很大贡献。
[0003]卫星资料同化理论经过多年的发展，取得了重大的进展，晴空条件下卫星辐射率资料同化问题基本解决；然而，云区卫星资料的同化研究尚不完善，这阻碍了卫星资料同化理论的发展。从卫星资料同化应用来看，由于缺乏云区卫星资料同化理论，大量受云和降水影响的卫星资料被丢弃不加以使用。然而，云区所蕴含的大气信息与台风、西南涡、梅雨锋等各类天气系统的发生发展联系密切，这使得云区资料同化应用尤为重要。因此，云区卫星资料同化研究对于完善卫星资料同化基础理论、改善预报水平具有重要意义。微波辐射对云和降水具有一定的穿透能力，相比红外辐射对云区具有更强的探测能力，使得这部分资料的同化应用成为卫星资料同化领域的一个热门研究问题。
[0004]过去十几年间有些学者在这一领域开展了技术研究和业务应用，并取得了一些进展。2010年ECMWF 的Geer和Bauer提出了对称误差模式(symmetriccloudamount)，利用微波成像仪37GHz的极化差计算的云量作为统计因子，得到了全空同化下，晴空和有云状况的全场误差分布，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AMSR
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E资料的全天候直接同化。杨春(2017)基于WRFDA 系统调整了模式的湿控制变量，并且添加了针对全空同化使用的以云量作为预报因子的对称观测误差模式等相关数据接口，实现了AMSR2全空辐射率的直接同化。冼智鹏(2019)将RTTOV的散射模块接入WRFDA 系统，并基于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的全天候同化。
[0005]上述方法均属于直接同化方法，需要在观测算子中考虑散射部分，针对云区提供满足高斯分布的观测误差，将湿物理参量作为同化时极小化迭代计算控制变量等步骤。然而，由于一些瓶颈问题依然受到制约，如：更完善的湿物理参数化方案、更高精度的米散射快速辐射传输模型、云雨区卫星资料偏差订正等。云区的直接同化技术尚不成熟，对云区的观测资料的利用不够充分，对数值模式中云区的温度、湿度、风以及云和降水的初始信息描述不够准确。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是针对现有的卫星微波观测资料全天候同化所存在的问题，提出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。
[0007]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0008]第一方面，本专利技术提供了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，该方法包括以下步骤：
[0009]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线信息插值到卫星观测所在位置；所述卫星资料包括微波温度计和微波湿度计数据；
[0010]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天；
[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到大气温湿度廓线；将大气温湿度廓线以探空资料的形式转化为prebufr格式，获得prebufr格式的非晴空区廓线信息；
[0012]将被判别为晴天的卫星资料进行进行偏差订正，获得订正后的晴空区的微波亮温数据；
[0013]对订正后的晴空区的微波亮温数据进行质量控制，剔除质量较低的观测数据；
[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WRFDA同化系统进行资料同化，输出同化后的分析场。
[0015]进一步的，对所述卫星资料进行质量控制，获得修正后的卫星资料的方法包括以下步骤：
[0016]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模式区域范围之外的观测，初步质控；
[0017]检查所有卫星像元的观测亮温是否超过最高、最低阈值，拒绝明显的异常值；
[0018]根据卫星资料中的海陆掩码判断地表类型，拒绝所有混合地表的观测；
[0019]拒绝卫星资料的每个扫描线的前后各5个扫描角的观测数据；
[0020]在降雨判断中，选用云水总量作为检测指标，当某一观测点云水总量大于0.2时，认为该观测受降雨影响，拒绝该观测点；
[0021]拒绝卫星资料中观测残差(Obs
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Background，观测亮温减模拟亮温)大于15K的观测数据；K是亮温单位，即开尔文；
[0022]拒绝卫星资料中观测残差大于三倍误差标准差的观测数据。
[0023]进一步的，判断修正后的卫星资料属于晴天还是非晴天的方法包括：
[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，若微波垂直探测仪瞬时视场内的云量产品均值大于70％，则判断该视点为云天。
[0025]进一步的，进行偏差订正系数更新的方法包括以下步骤：
[0026]步骤A：t0初始时刻的变分偏差订正预报因子系数来自其他同类微波垂直探测仪；
[0027]步骤B：在t0初始时刻运行WRFDA系统，得到更新的偏差订正系数；
[0028]步骤C：将更新的偏差订正系数作为下一个时刻t1的订正系数；
[0029]步骤D：在t1时刻运行WRFDA系统，得到更新的偏差订正系数；
[0030]步骤E：将更新的偏差订正系数作为下一个时刻t2的订正系数；
[0031]步骤F：在接下来的同化时刻重复步骤D
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E过程，循环更新偏差订正系数。
[0032]进一步的，进行偏差订正的方法包括以下步骤：
[0033]选取模式厚度、地表温度、云液态水含量以及扫描位置作为订正因子；将预报因子与对应的订正系数相乘，得到偏差订正量；原始亮温减去偏差订正量即得到订正后的亮温。
[0034]进一步的，反演得到大气温湿度廓线的方法包括以下步骤：
[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括每个观测点的经纬度、亮温、云量、观测角、海陆码、地表类型信息；将亮温、纬度和观测角输入大气温湿度廓线反演模型，获得大气温湿度廓线。
[0036]进一步的，所述大气温湿度廓线反演模型的构造方法包括以下步骤：
[0037]获取卫星资料和再分析资料，进行时空匹配；基于云产品对廓线样本本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一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，该方法包括以下步骤：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线信息插值到卫星观测所在位置；所述卫星资料包括微波温度计和微波湿度计数据；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天；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气温湿度廓线；将大气温湿度廓线以探空资料的形式转化为prebufr格式，获得prebufr格式的非晴空区廓线信息；将被判别为晴天的卫星资料进行进行偏差订正，获得订正后的晴空区的微波亮温数据；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，输出同化后的分析场。2.根据权利要求1所述的全天候同化方法，其特征在于，对所述卫星资料进行质量控制，获得修正后的卫星资料的方法包括以下步骤：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模式区域范围之外的观测，初步质控；检查所有卫星像元的观测亮温是否超过最高、最低阈值，拒绝明显的异常值；根据卫星资料中的海陆掩码判断地表类型，拒绝所有混合地表的观测；拒绝卫星资料的每个扫描线的前后各5个扫描角的观测数据；在降雨判断中，选用云水总量作为检测指标，当某一观测点云水总量大于 0.2 时，认为该观测受降雨影响，拒绝该观测点；拒绝卫星资料中观测残差大于15开尔文的观测数据；；拒绝卫星资料中观测残差大于三倍误差标准差的观测数据。3.根据权利要求1所述的全天候同化方法，其特征在于，判断修正后的卫星资料属于晴天还是非晴天的方法包括：基于中分辨率光谱成像仪MERSI的云量产品进行视场角匹配，若微波垂直探测仪瞬时视场内的云量产品均值大于70%，则判断该视点为云天。4.根据权利要求1所述的全天候同化方法，其特征在于，进行偏差订正系数更新的方法包括以下步骤：步骤A：t0初始时刻的变分偏差订正预报因子系数来自其他同类微波垂直探测仪；步骤B：在t0初始时刻运行 WRFDA系统，得到更新的偏差订正系数；步骤C：将更新的偏差订正系数作为下一个时刻t1的订正系数；步骤D：在t1时刻运行 WRFDA系统，得到更新的偏差订正系数；步骤E：将更新的偏差订正系数作为下一个时刻t2的订正系数；步骤F：在接下来的同化时刻重复步...
【专利技术属性】
技术研发人员：金子琪，鲍艳松，成巍，朱孟斌，顾春利，孙敬哲，
申请(专利权)人：南京星图空间信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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