风云二号卫星红外通道风高度指定改进与研究.pdfVIP

风云二号卫星红外通道风高度指定改进研究 S2??风云卫星定量应用与数值天气预报） （ 张其松 许健民 张晓虎 国家卫星气象中心卫星气象研究所 zhangqs@cma.gov.cn 关键词 卫星风，大贡献像元， 示踪图像， 密实云，薄卷云，数值预报 摘要 用卫星云图信息估算大气运动矢量（简称卫星风）是静止卫星定量遥感重要产品之一，大气运动矢量用于 数值天气预报，改善了初始场 M.Tomassimi 等，1999 。卫星风和云图的叠合显示，提高了预报人员对云图的 判读能力 许健民，方宗义，2008 。大气运动矢量的高度一直是困扰业内人工作的难题，本文研究了红外通道 风高度的改进问题。主要做了两方面的工作；1，采取双通道联合求解消除薄卷云下面的辐射信息获得真正的云 顶温度，消除由于数值预报不准确而带来的数值预报理论曲线与卫星实测数据不吻合是工作的重点。 2，取出 样本内对云移动做出大贡献的像元的集合参与计算而得到移动云的温度，如何获取和利用大贡献像元是工作的 重点。大贡献像元的图型结构归纳为四种，第一种类型，冷的像元对移动做出最大贡献。第二种类型，相对稍 暖的像元对移动做出最大贡献。第三种类型，冷区段、暖区段都做出大贡献，红外温度动态变化范围大。第四 种类型，冷区段、暖区段都做出大贡献，红外温度动态变化范围小。对这些分类图形采用各不同的处理方法求 云高。一个月的真实资料试验，精度和密度都有了较大的提高，卫星风与探空风比较结果，均方差由原来的 8 到9米/秒提高到6到 7米/秒。 1. 引言 大气运动矢量是风云二号气象卫星的重要产品之一，自投入业务以来一直还在不断地改 进。卫星中心算法的某些功能如快速算法、通过高低云区分筛选是否要进行定高订正等曾经 被国际云导风工作组肯定。但是卫星风的高度指定，一直是困扰业内工作人员的难题，卫星 中心的风产品在高度指定上还存在一些误差。本文从两条途径入手研究了红外通道风高度的 改进问题。第一条途径是双通道云高指定的算法中细节的把握；第二条途径是通过基于对运 动做出贡献的像元指定大气运动矢量的高度。 关于双通道云高指定的算法，首先是由 Schejwach 提出的。他用一个透明通道 红外 和 一个半透明通道 水汽 共同指定云高的算法 Schejwach，1982 ，使云高度的指定有了显著的 改进。Schejwach 的工作可以说是云高度指定工作的经典。直到现在，双通道云高度指定一直 使用 Schejwach 提出的原理。后来 Menzel 等用二氧化碳通道作为半透明通道指定云的高度 Menzel 等，1983 ，在物理本质上与 Schejwach 提出的原理是一样的。由于数值预报场中存 在误差，这种算法在实施的过程中不容易把握好，从而影响风高指定的质量。 关于使用对运动做出贡献的像元指定大气运动矢量的高度，过去的卫星风算法，一般都 把示踪图像块作为整体进行处理 P. Menzel，2001 。风矢量的追踪和风所在高度的指定，都 立足于作为整体的示踪图像块 Xu J 等，2002 。示踪图像块的大小约为 16×16 至 32×32 像 元，因此卫星风是约 80至 160km 范围内的平均风 C. Velden etc.，2005 。立足于示踪图像 块的卫星风推导算法，不仅使风速估计偏低，而且难以在高度指定中精细地考察对卫星风做 出贡献的云所起的作用。G. BüCHE等 2006 在推导水汽图像风的算法中，首先跳出了“作为 整体进行处理的图像块”这个前提条件的束缚。他们提出，可以在示踪图像块中选择对运动 做出最大贡献的像元，用这些像元的参数及其订正值做卫星风的高度指定。但是因为水汽风 推导过程中还有其它难点没有解决，采用这种方法对减少水汽图像风的误差作用不大。在 2008 年 4 月举行的第九届国际卫星风会议上， R. Borde 和 Oyama 2008 以及 Oyama 和 R. Borde 等 2008 将这种方法用于红外图像风的高度指定。他们指出：①如果示踪图像块中既有云， 又有地面，那么对运动做出贡献的像元一般在观测动态范围的冷端；②如果示踪图像块中全 部被云覆盖，那么对运动做出贡献的像元一般在观测动态范围的暖端；③如果陆地上云的形 状发生了改变，或者所考察的云存在明显的发展/消散，但是其云型仍然能大致识別，并可以 追踪出合理的风，那么图像中的野值必须剔除。其中的第三种情况并不构成独立的类型。因 此实际上，R. Borde和 Oyama 2008 是通过把第二种情况从第一种情况中区分开来，得到了 较好的效果。具备了“对运动做出贡献像元”的洞察力以后，在上述工作的基础上，R. Borde 等 2010 进一步用数值模拟的方法考察了厚云、薄云、多层云在“水汽/红外”、“二氧化碳/ 红外”双