NOAAAMSU遥感探测大气温度廓线.pdf

NOAA/AMSU 遥感探测大气温度廓线 王静 中国海洋大学海洋遥感教育部重点实验室，山东青岛（266100 ） E-mail ：wangjing@ 摘 要：本文选用最小方差物理反演算法对NOAA/AMSU (Advanced Microwave Sounding Unit ）探测资料进行大气温度垂直廓线的反演。通过反演试验结果表明：该算法具有较好 的反演精度和适应能力，尤其是在对流层中上层区域。可望投入业务试运行。 关键词：最小方差算法，大气温度垂直廓线，先进的微波探测器 （AMSU ） 1. 引 言 大气参数的反演是一个较为复杂而又颇受重视的数学物理问题，目前具有代表性的大 [1] 气参数反演算法主要有：Smith 和Woolf （1985） 提出的同步物理反演方法（SPRM），该 方法的特点是考虑了气温和水汽的相互作用，求解大气遥感方程，同时反演出和亮温通道 [2] 有关的温、湿廓线以及地面气温，因此，又称多参数遥感方法；Rodgers （1976） 提出的 最小方差算法，在该算法中采用一个矩阵H 来对反演进行控制，目前美国威斯康星大学的 IAPP 反演软件包中采用为该算法；Goldberg 和Mcmillin （1997）提出的分布物理反演方法， 该算法首先采用统计方法得到初估场，在此基础上用最小方差法求解线性化了的辐射传递 方程依次反演出大气的各种参数，该算法是目前NOAA/NESDIS 业务上采用的方法；LeiShi （2001 ） [3] [4] 采用神经网络方法反演大气的温度、湿度廓线；曾庆存（1974） 在总结国 内外大气红外遥感及反演研究成果的基础上，发展了一整套关于解决不稳定反演问题的理 论方法，并提出了一种迭代算法；李俊在此基础上又提出了该方法的一种变形迭代算法， 并于 1997 年采用牛顿非线性迭代法对晴空和有云时大气红外遥感及其反演问题进行了研 ， ， ， ， 究和试验[5 6 7 8] [9 10] ；国家卫星气象中心（1999） 根据中国地形特征和探空站的分布情况 [11] 对 SPRM 方法进行了改进称为改进的同步物理反演方法（ISPRM ）；魏应植（2005 ） 等 采用约束回归反演方法对AMSU 进行了温度反演并对其在台风中的应用进行了研究。在各 种反演方法中，以最小方差算法在实际问题中应用的较为广泛。 本文尝试使用最小方差物理反演算法的思路对NOAA 卫星的AMSU-A 资料做反演。 首先根据统计回归算法得到大气温度廓线的初始猜值，利用一阶变分原理从辐射传递方程 中得到大气温度权重函数的解析形式，然后采用最小方差算法求解大气辐射传输方程得到 大气表层温度和大气温度廓线。 2. 卫星仪器及辐射传输模式 AMSU 是美国NOAA 系列极轨业务气象卫星上的先进的微波探测器，由AMSU-A 、 AMSU-B 两部分组成。AMSU-A 有 15 个探测通道，主要用于探测大气垂直温度分布和地 表特征，星下点空间分辨率为48km ；AMSU-B 有5 个探测通道，主要用于探测大气中水 汽垂直分布和降水特征，星下点空间分辨率为16km。自从1998 年3 月首个AMSU 探测器 投入应用以来，由于微波具有穿透云的能力，AMSU 卫星探测资料得到了广泛地应用，其 中最重要的应用领域为热带气旋预报业务。 无散射、局地热力平衡的平行平面大气条件下，卫星探测器接收到的辐射量可以表示为：