一种基于光学追踪订正极轨卫星天顶角模拟误差的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于光学追踪订正极轨卫星天顶角模拟误差的方法，首先逐个计算辐射传输模式层与卫星观测光学路径的交点在地面的投影；根据交点的地理位置从数值预报场网格点内插获取交点位置的大气廓线；从辐射传输模式的模式面高度截取插值大气温湿廓线插值相应高度层的廓线；从地面开始对逐个的辐射传输模式面重复上述步骤，直到大气层顶；将每个辐射传输模式面间的大气廓线根据对应的模式面重组为从地面到大气层顶的连续高度的大气廓线，输入辐射传输模式计算。本发明专利技术偏差计算更加精准。加精准。加精准。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光学追踪订正极轨卫星天顶角模拟误差的方法


[0001]本专利技术涉及极轨卫星
，具体为一种基于光学追踪订正极轨卫星天顶角模拟误差的方法。

技术介绍

[0002]极轨卫星大气探测器采用跨轨扫描方式，每条扫描线与卫星轨道方向垂直。在卫星垂直探测资料同化时，计算卫星模拟观测计算只需要选定卫星像元地面投影地理位置对应的大气温湿廓线，该廓线从地面到辐射传输模式层顶的每一个模式层在地面投影的地理位置都是卫星像元地面投影地理位置，用该廓线乘以像元的卫星天顶角函数后输入辐射传输模式计算卫星通道亮温，由此的观测与模拟值的偏差随卫星扫描角增大而增大。现有的卫星扫描角误差订正方案是基于统计的分析，缺乏物理机制的约束。
[0003]偏差订正的主要目的是使观测辐射与模拟辐射之间的平均偏差达到最小。辐射偏差问题的重要性在多年前已有认识，因为不可能单独检测辐射传输方案的偏差，但可以通过积累观测辐射与计算辐射的偏差的统计特征来研究它们的偏差特征，基于这种思想已经发展了一些经验性的订正方案(Smithetal.,1984；ChedinandScott,1984；Susskindetal.,1983)。这些工作大多是通过比较校正过的探空廓线计算的辐射来研究偏差问题，实际上探空资料本身也包含偏差而且这些偏差订正方法没有考虑辐射偏差的空间变化和空气质量因子。Eyre(1992)考虑通过扫描角度和一组空气质量因子来进行偏差订正，认为辐射偏差主要由扫描角因子造成，剩余偏差可通过一组空气质量因子来订正。Harris和Kelly(2001)基于Erye的工作进一步将扫描角因子偏差的订正考虑为随纬度和扫描角变化的函数，并将一些模式预报变量组成一组空气质量因子来订正剩余偏差。Watts(2004)进一步将Eyre的偏差订正原则用于对AIRS资料同化的辐射偏差订正中。这类基于Eyre方案的偏差订正方案的偏差主要由与扫描角度相关的缓变成分(纠正不同扫描角相对于星下扫描的观测偏差)和剩余部分偏差(由与空气质量因子相关的成分组成，这一部分偏差通常表达为多个因子的线性组合)组成。Derber和Wu(1998)在同化的变分分析方案中考虑引入偏差订正因子，在考虑扫描角、空气质量因子基础上进一步考虑了时间变化因子对偏差的贡献。Dee(2004，2006)演绎了引入偏差订正的控制变量后，同化分析目标函数中的预报变量、偏差订正控制变量、观测算子及观测的协方差统计演化特征，并正在ECMWF实施这一方案。JCSDA(2006)目前正在使用的偏差订正方案是基于Eyre的方案，现在正在考虑利用CRTM辐射传输模式做观测算子，采用Dee变分偏差订正方案进行偏差订正。从目前广泛使用的偏差订正方案(Eyre，1992)来看，观测算子计算和卫星观测之间偏差主要由两部分组成的，即由扫描角度因子引起的偏差和扣除由扫描角因子偏差后的剩余有偏估计偏差(它由一系列质量控制因子控制)，其中由扫描角度引起的误差是主要的，所以基于上述思路，就需要一种使观测辐射与模拟辐射之间的平均偏差达到最小的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于光学追踪订正极轨卫星天顶角模拟误差的方法，
[0005]本专利技术是这样实现的：
[0006]一种基于光学追踪订正极轨卫星天顶角模拟误差的方法，具体按以下步骤执行：
[0007]S1:首先逐个计算辐射传输模式层与卫星观测光学路径的交点在地面的投影；
[0008]S2:根据交点的地理位置从数值预报场网格点内插获取交点位置的大气廓线；
[0009]S3:从辐射传输模式的模式面高度截取插值大气温湿廓线插值相应高度层的廓线；
[0010]S4:从地面开始对逐个的辐射传输模式面重复步骤S2、S3，直到大气层顶；
[0011]S5:将每个辐射传输模式面间的大气廓线根据对应的模式面重组为从地面到大气层顶的连续高度的大气廓线，输入辐射传输模式计算。
[0012]进一步，在步骤S3中，大气温湿度廓线插值包括卫星像元地理位置、数值预报场网格地理位置参数的数据，以及辐射传输模式面参数和卫星像元天顶角数据计算出的卫星观测光学路径与每个模式面的交点数据。
[0013]在步骤S5中，具体按以下步骤执行：
[0014]S
5.1
:算子计算和卫星观测之间偏差主要由两部分组成，即由扫描角度因子引起的偏差和扣除由扫描角因子偏差后的剩余有偏估计偏差；其中偏差由式(1)和式(2)进行控制；
[0015]y
‑
h(x)＝b
scan
+b
air
+e
obs
ꢀꢀꢀ
式(1)
[0016]b
scan
＝b
scan
(lattitude,scanposition)
[0017][0018]e
obs
＝randomobservationerror
[0019]其中：b
scan
表示有扫描角因子造成的系统偏差；b
air
表示扣除由扫描角因子偏差后的由一系列质量控制因子组合造成的系统偏差，y表示卫星观测的辐射亮温，h(x)表示将一组控制变量物理投影到观测坐标的观测算子；eo
bs
表示扣除前两者之后的剩余偏差；N表示质量控制因子的个数，β0表示截距，β
i
表示第i个质量控制因子的系数，p
i
(x)第i个质量控制因子，x表示模式变量。
[0020]S
5.2
:扫描角因子偏差通过计算每个通道每个扫描位置的偏差平均值来订正，但增加考虑海拔高度和坡向的作用；而剩余的偏差分两步来订正，首先利用一个涉及权重函数递减率的预报因子进行拟合空气质量因子校正，再剩余的偏差利用一些随时间变化的预报因子通过线性拟合进行空气质量因子订正，这些预报因子包括低层对流递减率、高层对流递减率、这些递减率的平方、局地太阳高度角，利用一个涉及权重函数递减率的预报因子进行拟合空气质量因子校正，再剩余的偏差利用一些随时间变化的预报因子通过线性拟合进行空气质量因子订正，这些预报因子包括低层对流递减率、高层对流递减率、这些递减率的平方、局地太阳高度角，如式(3)和式(4)所示：
[0021]y
‑
h(x)＝b
scan
+b
air
+b
t
+e
obs
ꢀꢀꢀ
式(3)
[0022]b
scan
＝b
scan
(lattitude,scanposition,altitude,slope)
[0023][0024]e
obs
＝randomobservationerror
[0025]b
scan
表示有扫描角因子造成的系统偏差；b
air
表示扣除由扫描角因子偏差后的由一系列质量控制因子组合造成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光学追踪订正极轨卫星天顶角模拟误差的方法，其特征在于：具体按以下步骤执行：S1:首先逐个计算辐射传输模式层与卫星观测光学路径的交点在地面的投影；S2:根据交点的地理位置从数值预报场网格点内插获取交点位置的大气廓线；S3:从辐射传输模式的模式面高度截取插值大气温湿廓线插值相应高度层的廓线；S4:从地面开始对逐个的辐射传输模式面重复步骤S2、S3，直到大气层顶；S5:将每个辐射传输模式面间的大气廓线根据对应的模式面重组为从地面到大气层顶的连续高度的大气廓线，输入辐射传输模式计算。2.根据权利要求1所述的一种基于光学追踪订正极轨卫星天顶角模拟误差的方法，其特征在于，在步骤S3中，大气温湿度廓线插值包括卫星像元地理位置、数值预报场网格地理位置参数的数据，以及辐射传输模式面参数和卫星像元天顶角数据计算出的卫星观测光学路径与每个模式面的交点数据。3.根据权利要求1所述的一种基于光学追踪订正极轨卫星天顶角模拟误差的方法，其特征在于，在步骤S5中，具体按以下步骤执行：S
5.1
:算子计算和卫星观测之间偏差主要由两部分组成，即由扫描角度因子引起的偏差和扣除由扫描角因子偏差后的剩余有偏估计偏差；其中偏差由式(1)和式(2)进行控制；y
‑
h(x)＝b
scan
+b
air
+e
obs
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(1)其中：b
scan
表示有扫描角因子造成的系统偏差；b
air
表示扣除由扫描角因子偏差后的由一系列质量控制因子组合造成的系统偏差，y表示卫星观测的辐射亮温，h(x)表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：马刚，徐娜，
申请(专利权)人：马刚徐娜，
类型：发明
国别省市：