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利用卫星红外辐射资料反演大气温湿廓线的算法研究

由一般线性反演理论得出结论,在由卫星遥感资料反演大气参数(温度、湿度)时,卫星资料提供的信息中有一部分是“无效信息”,它不会对反演发挥作用,而是造成反演方程病态的重要原因;另一方面,大气温度、湿度的垂直变化特征中有一部份是无法从卫星资料反演的,即存在“不可反演模态”,它既是反演误差的重要来源,也是反演对观测误差极其敏感的根本原因。在解决反演问题的时候应该在参数空间将“可反演模态”和“不可反演模态”分离,在资料空间应该将“有效信息”和“无效信息”分离,这是为获得好的反演结果首先要解决的问题。基于这样的认识,本文首先利用奇异值分解(SVD)方法结合经验正交分解(EOF)技术,导出一种计算大气温度可反演度的方法,并利用NCEP再分析资料首次给出了全球1月和7月分别由HIRS/3和AIRS资料反演大气温度廓线时的可反演度分布,结果表明温度的可反演度在高层和低层较小,400hpa—850hpa之间较大。从地理分布讲,低纬海洋地区和南极洲的  (本文共129页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京信息工程大学
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卫星红外超光谱资料及其在云检测、晴空订正和大气廓线反演方面的应用

本文首先研究了如何用空间匹配的高空间分辨率的成像仪的云检测信息来客观确定高光谱分辨率的大气垂直探测器的云检测。接着研究了晴空条件下大气温、湿、臭氧廓线及表层温度、地表比辐射率等的反演问题。用特征向量统计法反演的廓线作为物理反演法的初始猜值,利用一阶变分原理从辐射传输方程中得到了大气温度、水汽等权重函数的解析形式,然后利用牛顿非线性物理迭代法求解表层温度、大气温度廓线和水汽廓线等,其遥感精度能达到数值天气预报的要求,即温度反演误差小于1K,水汽相对湿度反演误差小于10%。其次,假定探测器相邻几个视场具有相同的云高及大气温、湿廓线,对有云情况下大气廓线及云参数(云高和有效云量)的反演进行了研究。我们尝试了一种最优去云或晴空订正法,从辐射强度中除去云的影响,得到等效的晴空辐射强度,先对部分有云影响视场做晴空辐射订正得到单视野分辨率的高光谱红外探测器的等效晴空辐射强度,然后再反演其大气廓线。实际反演采用的主要是载在EOS(Earth O...  (本文共143页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学技术大学
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利用红外高光谱数据反演大气参数廓线的方法和应用研究

大气温度、湿度是气象预报的主要参数,利用大气红外高光谱数据反演获得的大气温湿度等参数信息,对光学工程中定量评估大气传输和提高天气预测能力有重要的意义。对流层是地球大气最稠密的一部分,基本上所有的天气现象都发生在对流层内。机载红外光谱资料为对流层和低平流层的气象观测提供了独特的平台。本文主要围绕搭载在ER-2飞机上的高光谱分辨率红外干涉仪(HIS)观测的高分辨率大气光谱数据,开展了以下几个方面的研究工作:1.通过比较模拟计算和实测的高光谱观测数据,研究了三种辐射传输模式的计算精度。对比利用LBLRTM、MODTRAN、CART三种辐射传输模型,模拟计算地基AERI、机载HIS、星载AIRS三种仪器的大气红外辐射观测值,结果表明对于超高分辨率红外探测仪器AERI和HIS,LBLRTM模拟光谱的能力明显优于MODTRAN、CART,对于中高分辨率红外探测仪器AIRS,LBLRTM、MODTRAN、CART的模拟精度相当;并进行了有云情...  (本文共122页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学技术大学
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边界层温湿度廓线激光雷达探测技术研究

温湿度在大气很多化学和物理过程中起到重要的作用,也是非常重要的气象参数。为实现边界层附近温湿度廓线探测,研制了一套基于高线分辨率分光光学系统的温湿度廓线激光雷达系统,并对纯转动拉曼探测信号进行校正,实现边界层温湿度廓线探测的目的。主要的研究内容包括以下几个方面:(1)研制了适用于边界层高度的温湿度廓线激光雷达系统。利用氮气和氧气纯转动拉曼信号反演温度廓线,利用氮气和水汽振动拉曼信号反演湿度廓线,系统同时探测532nm波长的瑞利-米散射信号。(2)完成了基于双光纤双视场的低盲区设计。本文给出了边界层温湿度廓线激光雷达主要组成部分的设计和考虑,为了满足边界层低盲区探测的需求,提出了双光纤的双视场光学系统设计,盲区可以压制到60米范围,达到了低盲区探测的目的。(3)研制了高线分辨率的测温分光光学系统。纯转动测温拉曼需要达到0.1nm每毫米的线分辨率,本文采用双光栅设计应用非球面镜来和长焦距聚焦镜来实现边缘成像球差的校正,达到对连续光谱...  (本文共108页) 本文目录 | 阅读全文>>

华中科技大学
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基于地基微波辐射测量的大气折射率廓线反演方法及其改进研究

大气波导是一种异常的大气结构,它将电磁波陷获在波导结构内,可以实现雷达的超视距探测,同时造成雷达电磁盲区的改变。在军事上,准确、实时地获取大气波导参数,对提高基于无线电波传播的信息化装备的作战性能有重大应用。大气波导出现的条件是,修正后的大气折射率廓线对高度的偏导数为负。因此,反演大气折射率廓线是大气波导求解的前提。微波辐射计作为一种被动遥感设备,相对于主动遥感方式如雷达等,在大气折射率廓线测量方面具有无须看护、观测时间连续、开销低、分辨率高等优点,在大气折射率廓线测量中有重要价值。本论文介绍了大气微波辐射传输模型及BP神经网络训练的基本原理,以武汉地区5年的探空数据资料为样本,应用BP神经网络算法,对温湿廓线、大气折射率廓线进行反演。并将LMBP算法用于改进学习规则,与粒子群(PSO)寻优算法用于初值确定,发现相比于标准LMBP神经网络算法,PSO-LMBP神经网络算法最终将折射率反演值与探空值的均方根误差从6.2N减小到了4...  (本文共60页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学技术大学
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基于Thorpe尺度估算大气光学湍流廓线研究

湍流是自然界中最为普遍、应用最为广泛的现象之一,大气湍流会对在大气中传输的光波产生各种湍流效应,而度量大气光学湍流强度的量为大气折射率结构常数Cn2。目前已经有很多直接测量Cn2的技术,但这些测量方法难免需要付出较大的代价,因此建立Cn2与常规气象参数之间的关系,利用容易测量的常规气象参数来估算Cn2廓线,这已经成为大气光学湍流的重要研究内容。目前国内外对大气光学湍流廓线模式研究做了大量的工作,除了在实验基础上对Cn2廓线数据进行分段拟合得到的C2廓线经验模式,还有基于湍流基本理论,通过外尺度建立的常规气象参数廓线与Cn2廓线间关系的Tatarski公式,由此派生出多种外尺度模式。其中Thorpe外尺度模式中的Thorpe尺度由Thorpe提出,为了量化水体翻转的尺度规模。该方法已经广泛应用于海洋学中,主要研究分析水体的湍流混合情况,并对湍混合参数(能量耗散率、扩散系数)进行估计。在大气科学以及流体动力学领域,主要应用于辨别流体...  (本文共98页) 本文目录 | 阅读全文>>