[发明专利]一种星载微波遥感陆地上空PWV的物理反演方法

摘要

本发明提供一种星载微波遥感陆地上空PWV的物理反演方法，该方法从大气辐射传输方程的扰动形式出发，通过求解线性方程组同步计算初始大气湿度廓线和地表温度的偏移量，进而实现窗区通道地表亮温和PWV的同步反演。本发明提供的方法，除极干燥大气外基本不受地表类型的影响。利用美国地区ATMS的实测数据对算法进行了验证，反演结果与SuomiNet GPS PWV的相关系数、RMSE及bias分别为：0.95，0.05cm和0.05cm。此外，给出了基于水汽通道模拟和观测亮温差的PWV结果的线性订正模型，订正后的PWV与GPS PWV吻合度更好，相关系数、RMSE及bias分别为：0.98，0.02cm和0.01cm。

主权项

1.一种陆地上空PWV物理反演算法,其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取ECMWF的地表温度和大气温度、湿度廓线预报场，然后根据卫星观测像元的经纬度和时间信息对ECMWF预报场进行双线性插值，将插值后的大气廓线、地表温度作为大气场和地表温度的初始猜测值；步骤2：利用将星载微波辐射计观测角、仪器通道响应函数、像元海拔高度以及步骤(1)得到的大气场和地表温度的初始猜测值来计算卫星星载微波辐射计165GHz窗区通道和两个183GHz附近水汽吸收通道的各通道的亮温T_f1、大气透过率τ_f1、大气向上辐射步骤3：将步骤(1)得到的大气湿度廓线w(p)初始值进行扰动，将湿度廓线初值调整为1.10*w(p)，同时利用星载微波辐射计观测角、仪器通道响应函数、像元海拔高度来计算大气湿度廓线调整后的微波辐射计165GHz窗区通道和两个183GHz附近水汽吸收通道的各通道的亮温T_f2、大气透过率τ_f2、大气向上辐射步骤4：计算大气透过率τ_f、大气向上辐射对湿度廓线变化的偏导，大气透过率、大气向上辐射对湿度廓线的偏导计算公式分别为：步骤5：利用地表温度初始值T_gf，大气透过率τ_f，以及步骤(4)计算的和计算系数C_λ和D_λ；步骤6：计算星载微波辐射计165GHz和两个183GHz附近通道的实际观测亮温与RTTOV模拟亮温之差δT_fn，然后结合步骤(5)计算的系数C_λ和D_λ，基于最小二乘方法求解以下公式的线性方程组，得到地表温度和湿度廓线的订正量δr和δT_gf，最终实现PWV的反演：式中，n是使用的通道总数，δT_λn是特定初始场情况下不同通道(f1,f2,...,fn)的计算和观测亮温差，C_λn和D_λn可以基于地表、大气先验信息和辐射传输模式计算得到。