气象卫星OLR产品技术报告.docVIP

气象卫星射出长波辐射产品技术报告 吴 晓 国家卫星气象中心 摘要 本文介绍参与卫星气象资料共享分系统建设的气象卫星OLR产品的计算原理和方法、处理软件结构和流程框图、产品和产品精度。共享的OLR产品资料时间是1989年-2003年，OLR资料是这段时间中每月的候、旬、月平均格点场数据文件。 一：前言 OLR是英文名outgoing longwave radiation的缩写，中文名是射出长波辐射，是指在地球大气顶单位平方米面积上、单位时间内（每秒）地球向外空辐射出去的所有波长的电磁波能量的总和，又称热辐射能量，它的大小主要是由发射下垫面的温度所决定，因此它反映了地球的热状况，在寒冷的冬季或有云覆盖的下垫面，OLR值较低，在温暖的晴空下垫面，OLR值相对较高。OLR是监测地球气候变化的重要因子，也是数值天气预报的有用参量。有关OLR的应用，上个世纪80年代美国气象界的刊物登出了许多这方面的文章，对于ENSO事件的监测与分析，用OLR资料得到了良好的效果；国内北大蒋尚城教授撰写的《OLR应用讲座》汇集了90年代OLR资料在中国的应用情况。 国家卫星气象中心从1989年开始，利用NOAA极轨气象卫星、GMS-5静止气象卫星、FY-1C、FY-1D极轨气象卫星获取地理范围各异的OLR产品，并将日、候、旬、月平均OLR产品数据文件存入磁带归档。在此供卫星气象资料共享的OLR资料是NOAA系列卫星的OLR产品，它的历史最长（1989年-2002年），地理范围在10°N-60°N、75°E-150°E，数据分辨率为0.5°*0.5°经纬。下面介绍它的计算原理和方法、处理软件结构及流程框图以及输出产品及产品精度。 二：计算原理和方法 （一）：产品推导的物理原理 NOAA极轨气象卫星星载AVHRR扫描辐射仪对地开设有5个探测通道，其中红外通道4、5分别用来探测地球大气在10.5m、11.5m附近的射出辐射率。上个世纪70年代美国NESDIS科学家A.Gruber（祥见（1））通过对全球100条大气廓线作红外辐射传输模拟计算得出：大气顶的射出长波辐射通量密度与AVHRR窗区通道辐射率存在很高的相关性，即：窗区通道的等效亮度温度与通量等效黑体辐射温度存在如下理论回归关系：。80年代NESDIS科学家G.Ohring等用NIMBUS-7卫星的宽波段（4-50）辐射率测量值和窗区通道辐射率测量值进行匹配处理，也得出了上式所示的结论。下面简要介绍以上理论回归模式的建立过程。 1：用红外辐射传输计算软件对全球代表性大气廓线作理论模拟计算，模拟计算出每条大气廓线的NOAA卫星红外通道5（或4）的通道辐射率。到达大气顶的射出长波辐射率由红外辐射传输方程给出： （1） 式中：是地表温度为的黑体辐射率，是地表到大气顶的透过率，是大气某层到大气顶的透过率，是卫星天顶角，是大气温度为T的黑体辐射率， （2） 式中：、,（1）式的级数型式为： （3） ，式中是大气i层到大气顶的透过率，大气从地表到大大气顶0.1mb分为40层，对于光谱响应函数为的NOAA卫星红外通道5（或4）探测仪，透过滤光片被仪器探测到的辐射率为 （4） 式中：、为红外通道5（或4）的起始波数，由数学分析的中值定理（4）式可写为： （5） 式中：为通道5（或4）的通道辐射率，为通道中心波数，F是常数，由（5）式可得： （6） 与存在如下统计回归关系： （7） 式中、、、是常数，由若干条大气廓线的平均与关系回归分析得出，0是卫星在天顶时的角度，即0度。 2：由全球代表性大气廓线的通道辐射率与射出长波辐射通量密度确定通道等效亮度温度与通量等效黑体辐射温度的理论回归关系式。由普朗克公式的反函数型式求出通道辐射率为的通道等效亮度温度： （8） 式中：、， 由事先计算好的每条廓线的大气顶射出长波辐射通量密度OLR（计算过程祥见（2））反演通量等效黑体辐射温度， （9） 式中：是斯蒂芬-玻尔兹曼常数，。每条廓线都有一个与，由全球大气廓线的（X轴）、（Y轴）构成的X-Y座标点迹图可以得出-的回归曲线，其关系式为： （10） 式中c、d、e是理论回归系数，因不同光谱特征的探测通道而异。 （二）：计算方法 用NOAA卫星星上传下来的AVHRR红外窗区通道5（或4）测量数据计算射出长波辐射通量密度的方法如下： 1：对AVHRR红外通道5（或4）计数值作定标处理，得到地球大气顶的通道辐射率