發(fā)布時(shí)間：2020-11-11 01:14

　　 多層云既會(huì)對(duì)全球云輻射效應(yīng)造成影響,也會(huì)使云特性反演產(chǎn)生誤差。云具有大空間范圍和長(zhǎng)時(shí)間序列的分布特征,所以衛(wèi)星遙感是獲取全球云參數(shù)最重要的手段之一。隨著國(guó)內(nèi)外新一代氣象衛(wèi)星的相繼入軌運(yùn)行,其搭載的光譜成像儀時(shí)空分辨率和觀測(cè)質(zhì)量得到了很大的提升,極大地改善了氣象衛(wèi)星對(duì)云的探測(cè)水平。本文根據(jù)新一代衛(wèi)星成像儀通道設(shè)計(jì)特點(diǎn),開發(fā)了一套新的多層云識(shí)別算法。該算法建立在可見光紅外成像輻射儀(VIIRS)的三個(gè)短波紅外(1.38,1.6和2.25μm)和兩個(gè)長(zhǎng)波紅外(8.5和11μm)通道的基礎(chǔ)上。首先,通過輻射傳輸模擬分析上述通道對(duì)不同云(多層云和單層云)的敏感性,發(fā)現(xiàn)1.6和2.25μm通道對(duì)位于冰云下方的水云仍有一定的探測(cè)能力,并以此為基礎(chǔ)創(chuàng)新性地提出了一種新的多層云(上層冰云,下層水云)識(shí)別算法;然后利用VIIRS的一級(jí)數(shù)據(jù)(各通道反射率和亮度溫度)進(jìn)行算法開發(fā),得到相應(yīng)多層云識(shí)別結(jié)果;最后利用MODIS多層云產(chǎn)品以及主動(dòng)遙感儀器CALIOP的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行算法的驗(yàn)證與評(píng)估。測(cè)試結(jié)果表明,該算法可以有效識(shí)別多層云。本文假設(shè)CALIOP的云產(chǎn)品作為準(zhǔn)確的“真值”,與相匹配的CALIOP結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn),該算法識(shí)別多層云和單層云的準(zhǔn)確率分別達(dá)到60%和80%,這與當(dāng)前業(yè)務(wù)上的MODIS多層云產(chǎn)品的準(zhǔn)確性相近。而造成該算法準(zhǔn)確率下降的主要原因之一是長(zhǎng)波紅外通道很難探測(cè)到上層薄冰云。搭載在葵花8號(hào)(H8)和風(fēng)云四號(hào)A星(FY-4A)等靜止衛(wèi)星上的多通道光譜成像儀,也設(shè)計(jì)有相同或相近的通道,通過測(cè)試分析發(fā)現(xiàn),該算法有應(yīng)用到H8號(hào)和FY-4A的多層云算法研發(fā)中的可行性。
【學(xué)位單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P407
【部分圖文】：

DISORT+CKD輻射傳輸算法結(jié)構(gòu)示意圖

圖 3.3 三個(gè)短波紅外通道(a)冰云和(b)水云體散射特性分析。圖 3.3(a)和(b)分別比較了冰云和水云在三個(gè)短波紅外通道的單次散射反照率(SSA ,SSA , and SSA )。單次散射反照率表示云的吸收和散射特性（當(dāng)消光效率相近時(shí)），直接影響著后面相應(yīng)通道反射率(定義為 Ref , Ref 和Ref )的大小。對(duì)于水云來說SSA > SSA > SSA ，且SSA 和SSA 之間相差很小。然而，冰云的單次散射反照率相差較大，SSA > SSA > SSA ，所以相對(duì)于水云，冰云在 2.25 μm 通道的吸收比在 1.6 μm 通道小。3.2.2 對(duì)云特性反演影響光學(xué)厚度(COT)和有效粒子半徑(CER)是云光學(xué)和微物理特性的兩個(gè)重要參數(shù)，對(duì)云的輻射特性有重要影響[10]。目前，經(jīng)典的云特性反演算法是假設(shè)云具有單層且均勻的結(jié)構(gòu)，在平行-平面輻射傳輸模擬中，用光學(xué)厚度和有效粒子半徑兩個(gè)參數(shù)表征。該算

17圖 3.4 表示雙光譜算法的查找表，該表對(duì)比了 2.25 μm 通道（紅色）和 2.13 μm 通道（藍(lán)色）對(duì)云特性不同參數(shù)的敏感性。圖中，實(shí)線表示等有效粒子半徑的結(jié)果，虛線表示了等光學(xué)厚度的結(jié)果。通過前面計(jì)算得到的各個(gè)通道體散射特性，我們利用 DISORT 結(jié)合 CKD 方法模擬衛(wèi)星觀測(cè)得到的反射率。其中，DISORT 是 Stamnes [68] 與 Thomas 和 Stamnes [69]等人開發(fā)的公開的輻射傳輸軟件包，前面已有介紹。CKD 方法是 Liu 等人[72]根據(jù) VIIRS的通道設(shè)計(jì)特點(diǎn)而開發(fā)的，該算法已經(jīng)用于 VIIRS 并實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化。模型中假設(shè)大氣廓線使用的是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)大氣廓線，云類型設(shè)置為單層冰云和水云，地表假設(shè)為朗伯面。圖 3.4 表示云特性雙光譜反演算法的查找表，該表對(duì)比了 2.25 和 2.13μm 通道對(duì)云特性不同參數(shù)的敏感性。其中，紅色和藍(lán)色分別表示 0.87 與 2.13 μm 通道（在文中表示為 0.87-2.13）、0.87 與 2.25 μm 通道（在文表示為 0.87-2.25）的組合。上下兩排分別表
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