[发明专利]地表温度观测信息约束的静止卫星陆上红外亮温模拟方法

权利要求书

1.一种地表温度观测信息约束的静止卫星陆上红外亮温模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、采集数值天气模式预报的数据和基准台站实况观测的地表温度数据，并分别对两类数据进行预处理；

S2、对经步骤S1预处理后的数值模式数据和地表温度数据进行质量控制；

S3、将步骤S2处理后的两类数据进行同化，具体步骤为：

S31、在变分同化代价函数中增加台站地表温度观测的惩罚项，从而建立考虑台站地表温度观测的变分同化代价函数，则该变分同化代价函数中包含了背景场惩罚项、除地表温度以外的观测惩罚项以及新增加的地表温度观测惩罚项；

S32、在背景场惩罚项中使用的背景误差协方差矩阵中增加地表温度的控制变量，并建立地表温度与气温的协相关；

S33、采用经典的共轭梯度下降法，对新构建的变分同化代价函数的梯度求梯度下降，当数值迭代至初始值的1/1000时，将共轭梯度下降迭代算法收敛，最终，收敛时对应的值即为泛函极小化后的最优分析场，包含了大气要素和地表要素的分析值；

S4、提取步骤S3获得的每个水平空间格点对应的大气要素和地表要素，并采用逐月变化的地表发射率数据集，作为辐射传输模型的输入，模拟静止卫星红外成像仪的红外通道的亮温，然后将水平空间格点对应的模拟亮温值转换到静止卫星红外成像仪像素点，完成静止卫星陆上红外亮温模拟。

2.根据权利要求1所述的地表温度观测信息约束的静止卫星陆上红外亮温模拟方法，其特征在于，步骤S1中对数值天气模式预报的数据的预处理包括：提取经度、纬度、台站海拔高度和地表温度；

对基准台站实况观测的地表温度数据的预处理包括提取大气的温度、水汽和气压，以及地面的地表温度和风场。

3.根据权利要求1所述的地表温度观测信息约束的静止卫星陆上红外亮温模拟方法，其特征在于，步骤S2中对两类数据进行质量控制的具体内容包括：重大误差检验、背景场离群值检验、空间一致性检验、时间一致性检验以及测站与模式地形高度一致性检验。

4.根据权利要求3所述的地表温度观测信息约束的静止卫星陆上红外亮温模拟方法，其特征在于，所述重大误差检验的步骤为：

设定重大误差检验阈值γ_min＝-50，γ_max＝70；

若则剔除第n个空间站点的数据。

5.根据权利要求3所述的地表温度观测信息约束的静止卫星陆上红外亮温模拟方法，其特征在于，所述背景场离群值检验的步骤为：

首先，将数值模式模拟的表面温度做空间线性插值，上标b表示模式，i和j表示模式的水平坐标序号，插值到地面气象站数据的空间位置，求得第n个站点位置上的模式表面温度

其次，估计地表温度资料的观测误差，根据长时间统计样本，采用三角帽方法，利用MODIS卫星反演的地表温度数据和GFS分析场的地表温度数据插值到观测站点位置，求算台站地表温度的观测误差σ_STA，

其中，

然后执行离群值检验：

若则剔除第n个空间站点的

6.根据权利要求3所述的地表温度观测信息约束的静止卫星陆上红外亮温模拟方法，其特征在于，所述空间一致性检验的步骤为：

首先，以水平距离220km作为空间一致性检验的半径，分别计算每个站点的与其周围220km半径以内的平均值之间的差，记为：

然后执行空间一致性检验：

若则剔除第n个站点的数据。

7.根据权利要求3所述的地表温度观测信息约束的静止卫星陆上红外亮温模拟方法，其特征在于，所述时间一致性检验的具体步骤为：

首先，以一小时作为时间一致性检验的时间窗口，分别计算每个站点的与其时间前后1小时以内的平均值之间的差，记为：

然后执行时间一致性检验：

若则剔除第n个站点的数据。