【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于大气探测，聚焦卫星可见光云和降水探测的技术前沿，提出一种采用集合预报技术的卫星可见光辐射资料偏差订正方法。
技术介绍
1、近年来，卫星可见光辐射资料同化逐渐引起人们的重视，包括我国在内的部分国家已经开始投入大量的经费和人力，针对卫星可见光辐射资料同化开展了一系列理论和应用研究，旨在探索和发挥其在多领域的科学和应用价值，为进一步提高数值预报水平提供重要支持。卫星可见光辐射资料包含了关键的云雨信息，可以提供一定厚度范围的云粒子与降水粒子信息。此外，卫星可见光辐射资料具有较高的空间分辨率，对中小尺度同化应用具有重要价值。
2、将卫星可见光辐射资料应用于同化系统，需要剔除资料的系统性偏差，使观测资料的误差符合高斯函数特征。近年来，人们已经开发出了多种技术手段对卫星可见光辐射资料作偏差订正。第一种技术利用地表定标点观测和辐射传输模拟结果订正卫星可见光辐射资料偏差。这种技术的缺点是昂贵、需耗费大量劳力、频率低，并且在使用单一定标点时存在辐射动态限制。第二种技术通过分析具有高空间均匀性、良好辐射稳定性、高地表反射特性和低气溶胶含量特性的不变目标对应的卫星可见光辐射资料时间变化特征对偏差作订正。第三种技术通过对卫星可见光辐射资料与经过良好定标的其他卫星可见光辐射资料进行同步交叉比较实现偏差订正。然而，可用于交叉订正的卫星传感器位置和时间重合窗口非常有限。此外，这种技术无法用于无相似通道的卫星可见光辐射资料偏差订正。第四种技术利用数值天气预报模式(numerical weather prediction，nwp)和辐射传
3、近年来，随着nwp模式和rtm模式性能的不断提升，利用“nwp+rtm”模拟所产生的卫星辐射资料模拟值对卫星观测资料作偏差订正已经成为重要的发展趋势。目前，基于“nwp+rtm”模拟结果的偏差订正仅用于卫星红外与微波辐射资料，将其用于可见光波段偏差订正存在较大的挑战，主要表现在可见光辐射资料对云雨信息异常敏感，而当前nwp模式在云雨区的模拟结果比晴空区域的模拟结果存在更大的不确定性。因此，nwp模拟结果的准确性对卫星可见光辐射资料偏差订正至关重要。
技术实现思路
1、专利技术目的：综合研究背景及现状，针对确定性预报(即只有一个集合成员)中数值天气预报模拟结果对云雨模拟结果的不确定性和可见光资料同化在数值预报中的应用需求，本专利技术提供一种新型的采用时间滞后集合预报和辐射传输模拟的偏差订正方案。
2、技术方案：卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正方法，包括：
3、以观测资料对应时间为数值预报模式的时间终点，基于cma-meso模式开展时间滞后集合预报；时间滞后集合预报包含8个集合成员，每个集合成员对应不同的起报时刻。如分析时刻为1月15日05:00utc，则8个集合成员的起报时刻分别为1月14日06:00utc(utc表示世界协调时)、09:00utc、12:00utc、15:00utc、18:00utc，以及1月15日00:00utc、03:00utc，分别对应的预报时长为23小时、20小时、17小时、14小时、11小时、8小时、5小时和2小时。
4、基于时间滞后集合预报结果和几何角度定标geo数据，利用rttov模型生成可见光辐射资料模拟结果；
5、对观测资料和模拟结果作空间匹配；
6、基于观测与模拟在晴空/有云大气条件下的误差分布特征，计算相对误差在有云和晴空大气下的平均相对误差，并基于此平均相对误差分别对晴空和有云条件下卫星可见光辐射资料作偏差订正。
7、进一步的，所述观测资料包括卫星搭载的先进轨道辐射成像仪agri可见光辐射资料、以及云掩膜clm产品和几何角度定标geo数据。从中国气象局国家卫星气象中心下载需要作偏差订正的卫星搭载的先进轨道辐射成像仪(agri)1km分辨率可见光辐射资料，并下载与之对应的4km分辨率云掩膜产品(clm)和几何角度定标数据(geo)。
8、进一步的，基于时间滞后集合预报提供的气象数据和几何角度定标geo数据，利用rttov模型辐射传输模式模拟卫星可见光辐射资料，生成平均的可见光辐射资料模拟结果，以此作为卫星可见光辐射资料模拟值；
9、具体为：基于每个集合成员提供的大气温度、气压、湿度、风场、云水/冰质量混合比以及卫星几何角度定标geo产品提供的太阳和卫星角度信息，利用rttov(v12.3)辐射传输模式模拟卫星可见光辐射资料，并基于8个集合成员的模拟结果，生成平均的可见光辐射资料模拟结果，以此作为卫星可见光辐射资料模拟值。
10、进一步的，基于卫星可见光辐射资料模拟值计算云水路径，生成集合平均云水路径模拟结果，以此作为云水路径模拟值；
11、具体为：基于8个集合预报模拟结果计算云水路径(定义为云中水成物质量混合比的垂直积分)，并基于8个集合成员的云水路径生成集合平均云水路径模拟结果，以此作为云水路径的模拟值。基于云水路径模拟值分析模拟结果的云掩膜：当云水路径大于0.01kgm-2时为有云，否则为晴空。
12、进一步的，所述对观测资料和模拟结果作空间匹配具体为：
13、基于最小距离法，将卫星可见光辐射资料观测值、云掩膜clm产品，以及几何角度定标geo数据匹配到cma-meso模式的空间位置，得到时空匹配的模拟与观测值。
14、进一步的，所述基于观测与模拟在晴空/有云大气条件下的误差分布特征，计算相对误差在有云和晴空大气下的平均相对误差，并基于此平均相对误差分别对晴空和有云条件下卫星可见光辐射资料作偏差订正具体为：
15、利用时空匹配的模拟与观测值，分别分析观测和模拟值均为晴空的晴空像元和观测和模拟值均为有云的有云像元的平均相对误差分布特征：记观测值为o，模拟值为平均相对误差为记晴空和有云大气的平均相对误差分别为μclr和μcld；
16、对于卫星可见光辐射资料观测值，当对应像元为有云像元时，基于o′m←om(1-μcld)对观测资料作偏差订正，其中om表示第m个观测资料，o′m表示偏差订正后的值；当对应像元为晴空像元时，基于o′m←om(1-μclr)对观测资料作偏差订正；当云掩膜clm产品为似云值或似晴空值时，基于o′m←om[1-(μclr+μcld)/2]对观测资料作偏差订正。似云值(probablycloud)或似晴空值(probably clear)表示在处理过程中无法确定该像素是云还是非云。
17、卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正装置，包括处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的可执行程序，其特征在于：所述处理器执行所述可执行程序时实现所述的卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正方法。
【技术保护点】
1.卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正方法，其特征在于，所述观测资料包括卫星搭载的先进轨道辐射成像仪AGRI可见光辐射资料、以及云掩膜CLM产品和几何角度定标GEO数据。
3.根据权利要求1所述的卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正方法，其特征在于，所述基于时间滞后集合预报结果和几何角度定标GEO数据，利用RTTOV模型生成可见光辐射资料模拟结果具体为：
4.根据权利要求1所述的卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正方法，其特征在于，所述对观测资料和模拟结果作空间匹配具体为：
5.根据权利要求1所述的卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正方法，其特征在于，所述基于观测与模拟在晴空/有云大气条件下的误差分布特征，计算相对误差在有云和晴空大气下的平均相对误差，并基于此平均相对误差分别对晴空和有云条件下卫星可见光辐射资料作偏差订正具体为：
6.根据权利要求5所述的卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正方法，其特征在于，晴空
7.根据权利要求1所述的卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正方法，其特征在于，判定模拟结果中的晴空/有云像元，判断依据为云水路径CWP：
8.根据权利要求1所述的卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正方法，其特征在于，所述时间滞后集合预报包含8个集合成员，每个集合成员对应不同的起报时刻。
9.卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正装置，包括处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的可执行程序，其特征在于：所述处理器执行所述可执行程序时实现如权利要求1-8任一项所述的方法。
10.一种包含计算机可执行程序的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行程序在由计算机处理器执行时，用于执行如权利要求1-8任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正方法，其特征在于，所述观测资料包括卫星搭载的先进轨道辐射成像仪agri可见光辐射资料、以及云掩膜clm产品和几何角度定标geo数据。
3.根据权利要求1所述的卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正方法，其特征在于，所述基于时间滞后集合预报结果和几何角度定标geo数据，利用rttov模型生成可见光辐射资料模拟结果具体为：
4.根据权利要求1所述的卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正方法，其特征在于，所述对观测资料和模拟结果作空间匹配具体为：
5.根据权利要求1所述的卫星可见光通道辐射资料的集合预报偏差订正方法，其特征在于，所述基于观测与模拟在晴空/有云大气条件下的误差分布特征，计算相对误差在有云和晴空大气下的平均相对误差，并基于此平均相对误差分别对晴空和有云条件下卫...
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