基于变分理论的AVHRR海表温度反演及效果评估

发布时间：2020-10-14 02:43

　　 海洋表面温度在海气相互作用的过程中起着基础性的作用,获得高精度的海表温度,对于大气科学和海洋科学等领域的研究具有重要科学价值和实际意义。本文基于变分理论算法,搭建了卫星观测资料海表温度反演系统,实现了 MetOp-A卫星AVHRR传感器探测数据的海表温度变分反演。主要工作如下:(1)海表温度反演系统搭建:基于变分理论算法搭建了卫星观测资料海表温度反演系统,系统由资料预处理、反演前处理、变分反演、诊断、评估五大部分组成:资料预处理部分对卫星观测资料进行定标及格式转换;反演前处理部分主要对卫星资料观测进行了偏差订正和质量控制;变分反演部分根据背景场、观测场及各项参数设置进行海表温度反演;诊断部分负责监控变分反演中的各个变量的情况:评估部分负责对反演产品进行对比分析。(2)卫星资料质量控制及偏差订正效果分析:通过对卫星亮温观测资料进行质量控制,剔除了受太阳短波辐射污染、云污染、地表发射率影响等的像元;采用了一维三次样条插值获取订正值的方法进行了偏差订正。质量控制和偏差订正结果表明,经过质量控制和偏差订正后,能有效剔除质量不过关的观测像元且较好地订正卫星观测的系统偏差。(3)AVHRR海温反演及评估:进行了连续一个月的MetOp-A卫星AVHRR传感器探测数据的海洋表面温度变分反演。从全球、分纬度带和天气系统活跃区域三个方面的评估结果看,变分反演结果(VARSST)基本优于利用统计回归方法反演相同卫星得到的海表温度产品(GBLSST),并改进了 GBLSST随时间波动大的缺点。由于变分方法考虑了大气状态的变化,能够更加有效订正卫星遥感过程中大气的削弱作用,从而可在天气系统活跃区域反演出精度更高的海表温度。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P714.1
【部分图文】：

为了使偏差订正效果更好，每个反演时次的海表温度反演都使用了当前时次的背??景场和观测场统计得到的偏差订正查找表。??图２给出了?ＭｅｔＯｐ－Ａ／ＡＶＨＲＲ通道３ｂ、通道４、通道５辐射亮温在２０１４年７月２??日００时统计得到的偏差订正系数查找表分布图。在海表温度小于１５°Ｃ时，通道３ｂ的??偏差订正系数为正值，通道５的偏差订正系数基本为负值，这表明了通道３ｂ在该海表??温度范围以正偏差为主，而通道５则以负偏差为主；在海表温度大于１５°Ｃ时，通道３ｂ??１７??

??图６?（ｃ）可以看到，由于红外通道在观测受云污染的像元时，不能够穿透云层观测地??表，所以观测到的亮温在云的影响下比实际值偏低许多，同样也比模拟的亮温背景场偏??低许多。云检测环节（蓝线）中，ＡＶＨＲＲ各个通道在０－Ｂ的负值大值区与总观测（黑??线）完全重合，也就说明总观测中由于云污染导致观测亮温明显低于背景亮温的像元，??在云检测环节中能够很好地被剔除。地表发射率检测环节（绿线）的〇－Ｂ主要集中在??正值区，主要剔除的是观测亮温高于背景亮温的像元。前三项质控能够剔除掉绝大部分??质量差的像元，因此粗大误差检测部分（橙线）剔除掉的数据极少，所以在图上橙线基??本为０值。??０－Ｂ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｈａｎｎｅｌ?３ｂ?ａｖｈｒｒ．ｍｅｔｏｐ－ａ?ｑｃ（ａ）??奶?Ｉ?｜?｜?｜?｜?［?Ｉ?！?｜?｜?ｌ??Ｉ?？ＯＣ（Ｂ）—??２５?－?翁?ｈ??Ｇｒｏｓｓ?ＯＣ（Ｂ）??２?２０?－?ｗｏｉ

图８?２０１４年７月各海表温度与ｉＱｕａｍＳＳＴ的偏差（ａ）、ＲＭＳＥ?（ｂ），与??ＯＩＳＳＴ的偏差（ｃ）、ＲＭＳＥ?（ｄ）及与ＯＳＴＩＡ的偏差（ｅ）、ＲＭＳＥ?（ｆ）的时间序列??从图８?（ｂ）与ｉＱｕａｍ?ＳＳＴ的ＲＭＳＥ时间序列图来看，ＶＡＲ?ＳＳＴ的ＲＭＳＥ均小ｆ－??ＧＦＳ?ＳＳＴ的，说明变分方法对背景场ＧＦＳ?ＳＳＴ?—直是有正效果的。而与ＧＢＬ?ＳＳＴ相??比，ＶＡＲ?ＳＳＴ的ＲＭＳＥ存在大于ＧＢＬ?ＳＳＴ的ＲＭＳＥ的情况，例如在７月８?Ｈ、９?口、??１３日等，这是因为ＧＢＬＳＳＴ在使用统计回归算法反演得到海表温度后，还做了?＾系列??的订正，其中就包括根据浮标观测进行订正［４６］。从总体来看，ＶＡＲＳＳＴ的ＲＭＳＥ优于??ＧＢＬＳＳＴ的ＲＭＳＥ的天数还是略多一些。从图８?（ｄ）与ＯＩＳＳＴ的ＲＭＳＥ时间序列图??来看，ＶＡＲ?ＳＳＴ的ＲＭＳＥ均小于背景场ＧＦＳ?ＳＳＴ的，而且在背景场ＧＦＳ?ＳＳＴ的ＲＭＳＥ??普遍高于ＧＢＬ?ＳＳＴ的情况下，由变分反演得到的反演场ＶＡＲ?ＳＳＴ的ＲＭＳＥ要基本优??于ＧＢＬＳＳＴ。这表明了，变分方法对于背景场ＧＦＳＳＳＴ的改进的效果比较稳定，每个??时次的反演均能起到降低ＧＦＳ?ＳＳＴ的ＲＭＳＥ值的效果
【参考文献】

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1 王波;李民;刘世萱;陈世哲;朱庆林;王红光;;海洋资料浮标观测技术应用现状及发展趋势[J];仪器仪表学报;2014年11期

2 王素娟;崔鹏;冉茂农;陆风;;FY3A/VIRR海面温度业务产品算法改进与质量检验[J];气象科技;2014年05期

3 宝乐尔其木格;任国玉;;海温观测方法及常用海温资料数据集比较[J];气象科技进展;2013年06期

4 陆燕;;欧洲下一代气象卫星及其红外遥感仪器概要[J];红外;2013年11期

5 王素娟;陆风;张鹏;张晓虎;崔鹏;王维和;;FY2海面温度产品质量检验方法与误差分析[J];气象;2013年10期

6 蒋兴伟;奚萌;宋清涛;;六种遥感海表温度产品的比对分析[J];海洋学报(中文版);2013年04期

7 刘硕松;董佩明;韩威;张文军;;RTTOV和CRTM对“罗莎”台风卫星微波观测的模拟研究与比较[J];气象学报;2012年03期

8 周旋;杨晓峰;程亮;李紫薇;;单通道物理法反演海表温度的参数敏感性分析及验证[J];红外与毫米波学报;2012年01期

9 李明;刘骥平;张占海;张林;;利用南大洋漂流浮标数据评估AMSR-E SST[J];海洋学报(中文版);2010年06期

10 刘瑞霞;师春香;刘杰;;直方变差图理论在卫星产品质量检验空间配准中的应用[J];遥感学报;2009年02期

本文编号：2840062