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用卫星遥感的多光谱信息 分析云空条件下的三维湿度场的研究t 郁凡 (南京大学大气科学系南京210093) 摘要： 本文利用98年6-8月的四波段6MS图象和分析区域内近70个台站的地面和探空资 料，在过去工作的基础上，通过引入地面实测湿度场作新的分析参量，建立了新的各标准等压 面相对湿度统计分析模型，改进了多光谱卫星图象反演三维湿度场的方法。通过比较和检验， 证实新方法有效的改进了大气湿度场，特别是低层湿度场的反演精度。 1．引言 TOVS资料的晴空湿度场反演已进行多年，如何利用卫星遥感信息实现云天条件下的湿 度场反演，仍是一个值得研究的问题。 多光谱卫星图象上不同云类的云层高低分布蕴涵着三维湿度场的分布信息，近年来，基 于卫星图象的大气湿度场反演，不断取得新的进展。其中云分析方法是一种主要的方法。 我们已经用相关分析、最小二乘拟合分析和多元线性回归分析分别讨论了多光谱卫星信息与 各标准层相对湿度的关系。在此基础上建立了云天条件下的多元线性回归反演模型，由此可 得到具有卫星图象象素分辨率(10公里)的8层湿度场…。但是，当时的反演工作还存在着 以下问题：1)受卫星观测的局限，相对湿度的反演，越往低层，复相关系数越低。2)依赖 于可见光图象，反演仅局限于白天。3)分析范围偏小。目前，我们就此进行了改进。 2．资料 湿度场反演试验所用的卫星资料是：1998年6～8月间的GMS一5静止卫星每天的红外1、 红外2、水汽和可见光四波段图象资料。其中每月前半月的资料用于统计分析和建模，后半 月的资料用于反演结果检验。分析范围为北纬19．5—450、东经100—124．8。，纬度和经度分辨 率均为0．1。。反演试验中使用了该区域同时刻的地面资料和8个标准层的温、湿探空资料。 3．方法的改进 我们在试验中发现，大气低层相对湿度的分布与地面湿度场有较高的相关。杨景梅和 邱金桓旧1近期在确定整层大气可降水量的工作中，也通过引入地面湿度参量，有效改进了他 们的结果。在我们的工作中，地面湿度场是以T106资料作背景场，进一步通过对地面湿度观 测资料进行增强客观分析得到的。 表1： 引入地面湿度场参量前、后，大气低层湿度场反演多元回归复相关系数的比较： 925；hPa 850fiPa 700hPa 引入前 O00 引入后 000 通过引入地面实测湿度场作新的分析参量，700hPa以下逐步回归的复相关系数得到了明 显的提高，有效的改进了大气低层湿度场的反演精度。表1和表2分别给出了地面实测湿度场 引入前后复相关系数的比较和卫星反演相对湿度与探空实测相对湿度的均方差比较。 图1是在8个标准等压面上探空实测与卫星反演相对湿度的点聚分析和线性拟合(925hPa， 27l 目前仍然使用了可见光图象。从图1可见，拟合直线基本位于主对角线上，这反映系统偏差 不大。图l表明，卫星反演得到的高相对湿度点比低相对湿度点分布集中：低层和高层的相 对湿度点比中层的相对湿度点分布集中。从图上看，点聚总体上较为离散，分析其原因一方 面是由于卫星图象反演方法的局限，造成云下干层湿度反演的较大偏差；但另一方面，也必 图1．卫星反演与探空相对湿度的散点分析和线性拟合 272 须考虑到卫星探测与常规探空的时空不一致，亦会使这类偏差加剧。卫星探测与常规探空的 时空不一致主要表现在以下两个方面，a)卫星观测瞬时完成，而探空观测往往持续1个小时， 且起始和终止时间也不一致；b)卫星观测是星下点视场的综合平均，探空观测则是气球升空 路径逐点的数据采集。 表2： 引入地面湿度场参量前、后，大气低层相对湿度反演的均方差比较 925hPa 850hPa 700hPa 引入前 引入后 引入前 引入后 引入前