七通道微波辐射计遥感大气温度廓线的性能分析-气象科学.PDF

维普资讯 第25卷 第2期 气 象 科 学 V。1．25，N。．2 2005年4月 SCIENTIAMETEOR0LO !!! 七通道微波辐射计遥感大气 温度廓线的性能分析 姚志刚 陈洪滨 (1解放军理工大学气象学院，南京 211101) (2中科院大气物理所中层大气与遥感部／LAGEO，北京 100029) 摘 要 文中首先分析了大气参数分布的垂直分辨率对模拟七通道微波温度探测器各通道 亮温的影响，通过对比计算表明，大气参数的垂直分辨率对微波测温通道亮温计算的影响为 0．2K～O．7K；随后分析了各通道亮温测量误差对温度廓线反演性能的影响，当测量误差在 0．2K～2．0K范围内变化时，反演结果的总体均方根误差为2．1K～3．1K；同时还分析了单通 道缺损、单通道发生漂移及所有通道发生漂移等情况对温度廓线反演性能的影响。当仪器缺损一 个通道时，对所缺通道权重函数峰值附近高度上的大气温度反演有不同程度的影响，对其他高度 上的大气温度反演的影响可忽略；单通道漂移0．5K时，对反演结果的影响较小；各通道整体漂移 达到1．0K时，对温度廓线反演有明显影响；最后，考虑了云雾对微波测温通道亮温的影响，数值 计算表明，雾层、浓霾和卷云对各通道亮温几乎没有影响，层云和积云对5O．50GHz通道亮温有 明显的影响。 关键词 微波辐射计 遥感 温度廓线 分类号 P458 文献标识码 A 引 言 MeeKs和Lilley[1]提出了由卫星观测氧谱区中的微波热辐射来推求大气温度的基本概 念，并在他们的工作中首先计算了微波权重函数。被动大气微波遥感是指利用大气本身自然 辐射的微波信号遥感大气信息。这种接收大气微波辐射的仪器，叫做大气微波辐射计。在 50km以下的大气层内，氧气的混合比不随高度而改变，这就为利用氧气的微波辐射遥感大气 温度结构提供了可能。微波温度探测器比之红外探测器的主要优点在于，较长波长的微波受 云和降水的影响很小。因而，微波探测器能够在全天候的条件下，有效地探测大气温度。 首次由轨道卫星上应用微波技术确定温度廓线的是，雨云5号卫星上的微波光谱仪试验 (NEMS)j。该试验是为了评价被动微波技术用于业务气象卫星的情况而设计的。NEMS由 位于5mm氧气吸收带的53．65GHz，54．90GHz和58．8OGHz的三个频率通道所组成。 2O世纪7O年代以前的星载微波温度探测器是属于试验性质的。7O年代末及以后发射的 微波温度探测器已经投人了日常业务使用。用于业务的第一个微波温度探测器装载在美国国 收稿日期：2003—11-17；修改稿 日期：2004—04—20 基金项目：国家重点基础研究发展规划项目(编号：2001CB309402)资助 第一作者简介：姚志刚(1978一)，男(汉)，湖北武汉，博士，现就读于解放军理工大学气象学院，主要从事大气微波遥感研究 维普资讯 134 气 象 科 学 25卷 防气象卫星计划(DMSP)的Block5D卫星系统上，于 1979年6月发射。目前，卫星上正在运 行的微波大气温度探测仪器主要有SSM／T、MSU3¨j、AMSU—A 等。 为了充分地了解微波辐射计反演温度廓线的性能，为我国的仪器研制及以后的反演工作 提供理论依据，我们以七通道微波辐射计SSM／T为模拟研究对象，七个通道分别是50．50 GHz、53．20GHz、54．35GHz、54．90GHz、58．825GHz、59．4OGHz和58．40GHz，各通道的 权重函数峰值所对应的高度依次从大气底到大气顶。由于在建立反演算式或反演计算时，通 常要用微波辐射传输模式，由遥感方程计算亮度