[发明专利]适用于静止卫星资料同化的晴空通道检测质量控制方法

权利要求书

1.一种适用于静止卫星资料同化的晴空通道检测质量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)对静止气象卫星AHI成像仪资料的观测辐射亮温和模拟亮温进行预处理，在观测辐射亮温方面，对辐射亮温、地理参数和卫星几何参数进行数据处理；模拟亮温方面，采用WRF数值天气预报模式提供温度、水汽和地表要素参量，由CRTM辐射传输模式模拟红外通道辐射亮温；

(2)建立最小余差算法，由AHI通道7-16这10个红外通道的观测辐射亮温、晴空模拟亮温和有云模拟亮温三者的差异构建亮温空间的余差项函数，通过求解余差项极小值，估算AHI观测像元的云顶气压和云比例；

最小余差算法表示为：

其中，res(k)为亮温余差项，是大气高度垂直分层k的函数；i表示卫星的通道序号；μ_i分别为观测亮温、晴空模拟亮温和偏差订正项；T(k)，T_kk和Ts分别为第k层大气温度，第kk层大气温度和地表温度；表示云顶位于高度层k时的有云辐射模拟亮温与晴空模拟亮温之间的差；W_i表示第i通道的观测误差权重；

F(k)表示当云顶位于第k层时，对应的云覆盖比例，F(k)的算法为：

将公式(2)代入(1)式，亮温余差项被表示为垂直高度k的函数；

对余差项res(k)求极小值的算法采用迭代搜索法，即在垂直方向上由k＝1至k＝kmax，kmax表示对流层顶，进行迭代，搜索res(k)极小值对应的垂直高度k，即表示云顶高度，云顶气压可由WRF模式第k高度层的气压获得，云比例由F(k)获得；

为步骤(2)得到的亮温余差项设置阀值：

当res(k)thres时，本步骤得到的云顶高度和云比例为有效值，否则认定为无云；

(3)建立云判据算法，识别云类型，对云像元进行评判，从而确定该像元是否被云层影响；

对云类型的识别以及云判据的具体算法包括：

a、分裂窗负亮温差判据，用于识别层云和积云：

若则TEST_cloud成立，否则TEST_clear成立；

其中，和分别为11.2μm通道和12.35μm通道的观测亮温，和分别为11.2μm通道和12.35μm通道的晴空模拟亮温；ε₁为该判据的阈值；

b、分裂窗正亮温差判据，用于识别半透明云：

若则TEST_cloud成立，否则TEST_clear成立；

其中，ε₂为该判据的阈值；

c、水汽-窗区相关性判据，用于识别卷云：

若则TEST_cloud成立，否则TEST_clear成立；

其中，和分别为7.35μm通道和11.2μm通道的观测亮温，为在附近5×5像元内的相关系数；ε₃为该判据的阈值；

d、低云比辐射率判据，用于识别低云或雾：

若则TEST_cloud成立，否则TEST_clear成立；

其中，和分别为11.2μm通道和3.85μm通道的观测亮温，和分别为11.2μm通道和3.85μm通道的晴空模拟亮温；I_3.85μm()为由普朗克函数计算的3.85μm等效辐射量；ε₄为该判据的阈值；

e、水汽-窗区差异判据，用于识别薄云：

若则TEST_cloud成立，否则TEST_cloud成立；

其中，为6.95μm通道观测亮温，为11.2μm通道观测亮温，ε₅为该判据的阈值；

f、空间一致性判据，用于识别云边缘和破碎云：

若则TEST_cloud成立，否则TEST_clear成立；

其中，为11.2μm通道观测亮温，表示11.2μm通道亮温在附近3×3像元内的最大值，γ为温度垂直递减率，σ_z为地形高度在附近3×3像元内的标准差，ε₆为该判据的阈值；

对云像元的最终评判采用的原则为：上述a～f判据中当任何一项认定有云时，则认为该像元被云影响；当卷云判据认定有云时，则认为该像元被高层云影响；

各判据中阀值ε₁～ε₆的建立方法为：

采用MODIS云产品作为真值参考，将静止气象卫星AHI成像仪与MODIS进行观测视场匹配，建立AHI各项云判据和MODIS云产品的匹配样本；对于各项判据，分析不同数值对应的晴空概率和有云概率，并以此计算云的错报率：

其中，MODIS_cloud表示MODIS产品认定有云，TEST_cloud(ε)表示判据在阈值取ε时认定有云，MODIS_clear表示MODIS产品认定晴空，N表示统计个数,FAR(ε)为错报率，FAR(ε)是ε的函数，以错报率1％，2％，5％为不同等级标准，建立各项判据的阈值ε₁～ε₆；

(4)将步骤(2)的最小余差算法与步骤(3)的云判据算法形成耦合方案，建立双重云检测方案。