基于微波輻射計的空中水汽含量反演方法研究.pdf

1、大氣科學(xué)是探索發(fā)生在地球大氣層內(nèi)的各種物理現(xiàn)象、物理與化學(xué)狀態(tài)、大氣運動過程和其規(guī)律的學(xué)科。隨著氣象設(shè)備現(xiàn)代，大氣探測領(lǐng)域中蓬勃興起了大氣遙感，作為探測大氣的一種新興技術(shù)，在探測原理與技術(shù)，觀測方法與分析方法等方面不僅與常規(guī)大氣探測有著本質(zhì)的區(qū)別，而且具有獨特的效能。地基微波輻射計是應(yīng)用遙感技術(shù)的現(xiàn)代化氣象觀測設(shè)備，被動接收外界的電磁波、消耗能量少、靈敏度好、機動性好并且探測精度高，而且選用不同頻率組合，可以連續(xù)獲得觀測資料。很好地補充

2、了常規(guī)氣象探空觀測站點之間距離遠，日間測量時間跨度較大，每次探測大氣花費人力大，獲得大氣參數(shù)不直接等缺點。在指導(dǎo)人工降雨，短時間中小尺度天氣數(shù)值預(yù)報方面，測量云中液態(tài)水(Liquid Water Path，LWP)和大氣中水汽含量(Integrated Water Vapor, IWV)變化情況準確快速，提高天氣預(yù)報的準確度，其應(yīng)用前景廣闊。地基微波輻射計觀測資料的準確度，不僅與儀器本身硬件和定標有關(guān)，在很大程度上也依賴反演算法。

3、>　　本文主要利用選取鄭州市2009年～2014年五年七月份每天北京時間早晨8:00時和晚間20:00時各一次的8000m以下探空資料。對每一份探空資料進行估計來確定當(dāng)時是否有云，如果有云存在接著估計云的厚度，根據(jù)相對濕度閾值法，相對濕度≥85％有云存在的。相對濕度＜85％時，表示無云。相對濕度＞95％時，云液態(tài)水密度為0.5g/m3。對于探空數(shù)據(jù)中相對濕度在百分之八十五與百分之九五之間的，它們的云中液態(tài)水密度在零到零點五之間有很好線性

4、關(guān)系?？梢越柚€性關(guān)系求得。經(jīng)過對五年七月份的探空資料進行詳細分析得到符合要求84組樣本，然后利用地基微波遙感方程進行模擬計算出兩個通道的亮溫。LWP和IWV是描述天氣和氣候的重要物理量，但是地基微波輻射計頻段上接收的輻射亮溫與LWP和IWV并非是完全線性關(guān)系，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ArtificalNeural Network，ANN)算法解決非線性問題具有獨特性能。模擬計算得到兩個通道的亮溫、并與同一時間地面的溫濕壓構(gòu)成輸入樣本向量，同一

5、歷史探空數(shù)據(jù)計算出來的IWV和LWP作為輸出向量訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Back Propagation Neural Network，BPNN)把驗證樣本輸入到訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)中進行仿真結(jié)果顯示與探空計算作為真值的的大氣中水汽總量和云中液態(tài)水總量進行對比檢測發(fā)現(xiàn)兩者有很好的相關(guān)性。
　　另外本文進行了地基雙通道微波輻射計對IWV和LWP的聯(lián)合測量實驗，同時也對降雨區(qū)的降水強度進行了遙感計算。實驗證明，利用地基雙通道微波輻射計進行連續(xù)實時測