《紅外高光譜遙感資料直接四維變分同化技術研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由趙延來擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：紅外高光譜遙感資料直接四維變分同化技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙延來
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
針對現有紅外高光譜遙感資料同化方法中的缺陷和不足，研究基於主成分分數的紅外高光譜遙感資料直接四維變分同化技術。首先面向四維變分同化，研究一種新的紅外高光譜資料雲檢測方法，尋找對雲雨不敏感性的觀測通道，提高雲雨區紅外高光譜資料的同化利用率；其次，研究適用於風雲四號衛星干涉式紅外高光譜儀的主成分快速輻射傳輸模式及其切線性和伴隨模式；然後研究基於主成分分數的紅外高光譜資料的四維變分同化方法，突破針對主成分分數的非線性觀測運算元、多解析度增量算法、變分偏差訂正和變分質量控制等關鍵技術。在此基礎上，實現基於主成分輻射傳輸模式的全球四維變分同化試驗系統，評估新方法對改進紅外高光譜衛星遙感資料同化的有效性和優越性。
結題摘要
紅外高光譜探測儀具備幾千甚至上萬探測光譜通道，能夠提供高精度和高垂直解析度的大氣狀態信息，是現代資料同化系統的重要觀測資料來源。但是如何從這些大量通道中有效提取大氣信息，技術難度非常大。目前世界各大數值預報業務中心，均只選取少數紅外高光譜通道的輻射率資料加入同化系統，造成了觀測數據的極大浪費。針對現有紅外高光譜遙感資料同化方法中的缺陷和不足，開展針對紅外高光譜資料的主成分分數同化方法研究，主要內容包括基於晴空通道的雲檢測方案、基於主成分的快速輻射傳輸模式、針對紅外高光譜遙感資料的質量控制和偏差訂正等關鍵技術。 設計和實現了一種基於晴空通道的雲檢測方案，可以有效識別紅外高光譜遙感資料的晴空通道，避免了資料浪費，且保留了更多的雲頂上方的大氣觀測信息。基於McNally和Watts(2003年)提出的晴空通道雲檢測方案，改進其中通道高度計算較為粗略、不同通道指定的通道高度可能相同的問題，同時對於晴空通道搜尋算法中的低冷情況的判斷進行了完善最佳化。實例表明：晴空通道雲檢測算法中高層通道進入同化系統的視場數目多於低層通道，且晴空通道雲檢測算法對應的分析場均方根誤差小于晴空視場雲檢測方案；晴空通道雲檢測方案能夠把更多的大氣對流層雲頂之上的大氣信息引入同化系統，且有效改善對流層低層溫度、濕度以及中高層風場的精確度。 設計與開發了基於主成分方法的快速輻射傳輸模式(PC_RTTOV)，實現了針對紅外高光譜輻射率資料的主成分信息的快速提取，並以此為基礎初步構建了一個四維變分資料同化原型系統。在已有的快速輻射傳輸模式(RTTOV)中增加計算光譜主成分分數的模組，經過生成LBL 輻射率的樣本資料庫和相關的回歸訓練測試，直接模擬主成分分數。相比模擬全光譜的快速輻射傳輸模式，PC_RTTOV 模式不僅能夠為任意輸入的大氣廓線模擬主成分分數或者重構輻射率，而且PC_RTTOV模式能夠更快速地模擬輻射率，獲得更高的計算效率。
