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FY-4A数据在2021年1月6—8日寒潮监测中应用

气象 2024年第6期50卷 661-674页

作者：牛宁任素玲覃丹宇中国气象局干部培训学院北京100081 国家卫星气象中心/国家空间天气监测预警中心北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室北京100081

基于静止气象卫星图像解译理论和位涡理论,应用FY-4A水汽图像、干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)产品和欧洲中心第五代大气再分析资料(ERA5)对2021年1月6—8日我国中东部地区寒潮天气进行分析。结果表明:高空冷涡和地面冷高压是影响此次寒... 详细信息

基于静止气象卫星图像解译理论和位涡理论,应用FY-4A水汽图像、干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)产品和欧洲中心第五代大气再分析资料(ERA5)对2021年1月6—8日我国中东部地区寒潮天气进行分析。结果表明:高空冷涡和地面冷高压是影响此次寒潮天气的主要影响系统,冷空气5日08:00从贝加尔湖南部向东、向南加强发展,8日20:00减弱;对比FY-4A/GIIRS与ERA5850 hPa 24 h变温数据发现:两种数据反映的对流层低层冷空气东移南下特征和正负变温区域分布特征基本一致,FY-4A/GIIRS 850 hPa 24 h负变温中心和0℃等变温线的位置与ERA5数据接近,FY-4A/GIIRS 850 hPa 24 h变温中心值强度略大于ERA5。水汽图像暗区变暗附近的高层位涡的增加激发高层气旋性环流后侧下沉运动增强,干空气下沉造成了地面高压增强;500 hPa冷涡中心附近绝对涡度增加是引起冷空气增强的原因之一;冷空气急剧增强时段,中低层位涡的加大引起地面冷空气堆积,寒潮增强。FY-4A/GIIRS温度产品反映的冷空气移动特征与位涡理论对冷空气增强原因分析结果一致,说明应用FY-4A/GIIRS温度产品能够有效监测分析寒潮冷空气演变特征。

关键词： FY-4A水汽图像 GIIRS温度廓线位涡寒潮

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水成物对GNOS掩星弯曲角同化的影响评估

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地球物理学报 2021年第1期64卷 87-99页

作者：袁炳希爽廖蜜马刚张鹏国家卫星气象中心北京100081 中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室北京100081

本文在无线电掩星弯曲角射线追踪正演算子中引入水成物的影响,针对台风个例,利用FY-3c GNOS弯曲角资料的同化展开研究.通过分析水成物对掩星弯曲角正演精度的影响,指出当掩星剖面跨越一定厚度的台风区云雨大气时,多相态水成物对GNOS弯... 详细信息

本文在无线电掩星弯曲角射线追踪正演算子中引入水成物的影响,针对台风个例,利用FY-3c GNOS弯曲角资料的同化展开研究.通过分析水成物对掩星弯曲角正演精度的影响,指出当掩星剖面跨越一定厚度的台风区云雨大气时,多相态水成物对GNOS弯曲角正演精度的影响不可忽略.进而提出一种考虑云雨影响的掩星折射率正演算法,将掩星折射率的正演分别在晴空区和云雨区进行,在云雨区正演算子中增加多相态水成物含量对正演掩星折射率的贡献,改进了FY-3c GNOS弯曲角资料在云雨大气环境的同化方案.针对2018年24号台风个例,进行了同化的参照试验、未考虑和考虑水成物影响时GNOS弯曲角的3DVAR同化试验,考量云雨环境下的GNOS弯曲角资料同化对台风模拟的影响差异.试验结果表明,两种同化方案皆能改善台风路径预报,台风中心海平面气压模拟都能接近实际观测,台风最大风速也不同程度增大.而考虑水成物含量的影响后,资料同化能更有效缩小观测空间与背景场空间之间的偏差,同化后观测与分析的偏差更接近高斯分布,台风外围动力场和热力场环境能够得到更优的调整,使得96 h的台风路径模拟平均距离误差较不考虑水成物影响的情形减小了约14%.

关键词： FY-3c 掩星弯曲角同化射线追踪法大气水成物台风数值模拟

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静止和极轨卫星陆表温度产品的改进方法

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气象 2023年第3期49卷 318-326页

作者：曹广真周芳成郑照军黄庆妮刘健中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081

针对天气、气候和生态环境监测对较高空间分辨率静止气象卫星陆表温度及全天候极轨卫星陆表温度的需求,分别发展静止气象卫星陆表温度空间降尺度和极轨气象卫星陆表温度云下重构算法,并对其进行改进处理。其中,静止气象卫星陆表温度空... 详细信息

针对天气、气候和生态环境监测对较高空间分辨率静止气象卫星陆表温度及全天候极轨卫星陆表温度的需求,分别发展静止气象卫星陆表温度空间降尺度和极轨气象卫星陆表温度云下重构算法,并对其进行改进处理。其中,静止气象卫星陆表温度空间降尺度模型充分利用静止气象卫星高时频和多光谱观测的优势,基于同一卫星同一遥感器所观测的陆表温度和相关通道亮度温度的日变化特征建立非线性统计回归模型,同时考虑下垫面类型的影响,方法应用于我国静止气象卫星风云四号A星(Fengyun-4A,FY-4A)先进的静止轨道辐射成像仪(advanced geosynchronous radiation imager,AGRI)陆表温度的降尺度,结果表明,所发展的降尺度模型不仅可以将FY-4A AGRI的陆表温度由4 km降尺度到2 km,而且可以较好保持降尺度前陆表温度精度,降尺度前后陆表温度均方根误差最大为1.35 K。极轨气象卫星陆表温度云下重构则发展了DINEOF模型,并基于土地利用数据(Land-Use,LU)进行结果的二次订正,实现极轨气象卫星陆表温度的全天候获取,方法应用于极轨气象卫星FY-3D中等分辨率光谱成像仪(medium resolution spectral imager,MERSI)陆表温度,得到预期结果。

关键词：气象卫星陆表温度空间降尺度云下重构

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风云三号D星红外高光谱大气探测器相位校正改进

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光学精密工程 2023年第10期31卷 1419-1431页

作者：左丰华胡秀清王霞漆成莉李路北京理工大学光电学院北京100081 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081

为了提高风云三号D星(FY-3D)上搭载的高光谱红外大气探测仪(HIRAS)的辐射定标精度,对HIRAS数据预处理中使用的相位校正模块做了改进。相位校正是预处理流程中的基本处理步骤之一,用于确定干涉图的零光程差位置(ZPD),ZPD是傅里叶变换的... 详细信息

为了提高风云三号D星(FY-3D)上搭载的高光谱红外大气探测仪(HIRAS)的辐射定标精度,对HIRAS数据预处理中使用的相位校正模块做了改进。相位校正是预处理流程中的基本处理步骤之一,用于确定干涉图的零光程差位置(ZPD),ZPD是傅里叶变换的中心同时也是傅里叶变换的前提,对反演光谱具有重要影响,但目前业务中使用的相位校正方法只能将ZPD精确到整数采样点,本文基于仪器相位方法将对地观测、黑体观测和冷空观测的光谱相位相互比较,提取出线性相位分量,从而将ZPD精度提升到亚采样级。HIRAS与JPSS-1/CrIS比对结果显示,改进后的相位校正方法使三波段的平均偏差分别下降约0.1 K,0.4 K和0.8 K,三波段的偏差标准差分别下降约0.06 K,0.2 K和1.5 K,同时偏差对目标温度的依赖性也有所降低。改进后的相位校正方法弥补了原相位校正模块的缺点,有效减小HIRAS的辐射不确定度。

关键词：高光谱相位校正零光程差仪器相位

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风云三号微波温度计长序列再定标历史数据集质量评估

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大气科学学报 2024年第4期47卷 669-680页

作者：曹皓东张鹏廖蜜谷松岩安大伟郭杨中国气象科学研究院北京100081 国家卫星气象中心/国家空间天气监测预警中心北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室北京100081

以METOP-A、Suomi-NPP历史资料作为参照,系统分析比较了2008—2020年4颗风云三号卫星的微波温度计(Microwave Temperature Sounder, MWTS)再定标历史资料质量。结果表明,4颗卫星的MWTS探测性能稳步上升,再定标数据集有效消除了遥感仪器... 详细信息

以METOP-A、Suomi-NPP历史资料作为参照,系统分析比较了2008—2020年4颗风云三号卫星的微波温度计(Microwave Temperature Sounder, MWTS)再定标历史资料质量。结果表明,4颗卫星的MWTS探测性能稳步上升,再定标数据集有效消除了遥感仪器在轨期间数据异常跳变、寿命期内遥感仪器辐射响应衰变、不同卫星间的辐射定标差异等因素影响,大幅提升了MWTS历史数据集的准确性和均匀性,使得再定标后的对流层和平流层通道数据与国外同类型仪器数据偏差在±0.1 K范围内。本文还重点分析比较了对流层中高层和平流层低层两个探测通道,结果表明FY-3D MWTS再定标数据和美国NOAA卫星应用研究中心STAR长序列数据集针对中高层大气的表现类似,平均亮温在时间变化和空间分布具有相似的特征,月均全球高空亮温年变化趋势差异最大为0.002 4。因此,2020年之后的FY-3D再定标数据,可以接续STAR长序列数据集,用于中高层大气的温度变化检测与分析。

关键词：风云卫星微波温度计长序列历史资料再定标数据质量评估

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我国风云气象卫星发展现状与未来展望

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地球科学进展 2025年第2期40卷 138-154页

作者：关敏张勇李云姚依欣常远邵益凯国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室北京100081 上海卫星工程技术研究所上海201109

经过50余年的持续研发与技术创新,我国风云气象卫星观测系统取得了显著成就,成功发射了21颗卫星,目前8颗在轨稳定运行,构成了包含地球静止轨道、太阳同步极地轨道和倾斜轨道的卫星组网观测体系。通过回顾风云气象卫星及遥感仪器的发展... 详细信息

经过50余年的持续研发与技术创新,我国风云气象卫星观测系统取得了显著成就,成功发射了21颗卫星,目前8颗在轨稳定运行,构成了包含地球静止轨道、太阳同步极地轨道和倾斜轨道的卫星组网观测体系。通过回顾风云气象卫星及遥感仪器的发展历程和现状,地面系统在数据接收、处理及运行方面的效能,以及应用系统的建设与服务情况,综合分析了风云气象卫星及其地面应用系统的技术能力。通过与全球主要国家在气象卫星组网观测、遥感仪器技术以及地面系统运行能力的对比分析发现,尽管风云气象卫星部分性能指标仍有提升空间,但其已具备完善的轨道布局和遥感仪器配置,且遥感仪器的探测能力已达到国际先进水平。地面系统则建立了高效的数据接收、处理与服务流程,数据预处理技术先进,地理定位精度达到亚像元级,辐射定标精度在可见近红外波段达到3%,红外波段达到0.2 K。此外,风云气象卫星系统已构建了全面完备的大气、陆地、海洋及空间天气定量产品体系,并建立了中国遥感卫星辐射校正场,常态化开展辐射定标与遥感产品真实性检验工作。风云卫星数据在天气分析、气候变化研究、生态环境监测及自然灾害预警等多个领域得到了广泛应用,且应用水平不断提升。未来,风云气象卫星观测系统将朝着构建混合架构空间观测体系、观测要素全域精准感知、星地系统智能高效运行、数据处理融合新兴技术、遥感应用场景深化以及国际合作共享等方向发展。

关键词：风云气象卫星综合观测系统探测技术地面运行数据处理技术产品应用

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基于南极地影区观测的FY-3E微光通道交叉定标

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光学学报 2025年第4期45卷 96-106页

作者：高宇胡秀清何玉青徐寒列北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 微光夜视技术重点实验室陕西西安710065 国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 中国气象局遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室北京100081

通过分析风云三号E星(FY-3E)和微光型中分辨率光谱成像仪(MERSI-LL)对地观测数据发现,在冬季南极区域存在杂散光影响较小的地影区(极夜,无太阳照射),使用地影区观测数据与其他微光遥感器进行交叉定标,可避免杂散光在定标过程中的干扰。... 详细信息

通过分析风云三号E星(FY-3E)和微光型中分辨率光谱成像仪(MERSI-LL)对地观测数据发现,在冬季南极区域存在杂散光影响较小的地影区(极夜,无太阳照射),使用地影区观测数据与其他微光遥感器进行交叉定标,可避免杂散光在定标过程中的干扰。基于南极地影区内的稳定冰雪目标Dome C为研究区域,采用美国国家海洋和大气管理局(NOAA-20)卫星可见光红外成像辐射计(VIIRS)的白天/夜间波段通道为参考基准,对FY-3E卫星微光通道进行交叉定标,筛选VIIRS和MERSI-LL交叉观测数据,同时极夜期间不同日期的月光照射条件差异提供了微光通道亮度的较宽动态范围,利用月球辐照度模型计算多天不同月相下的月球辐射,对VIIRS数据进行光谱和角度修正,反演MERSI-LL微光通道的参考辐亮度,与MERSI-LL微光通道DN(Digital number)值进行线性回归求出交叉定标系数,并与业务定标结果进行对比分析。结果表明,该交叉定标方法能较好地订正FY-3E卫星微光通道定标偏差,提升定标精度。

关键词：遥感风云三号E星微光通道交叉定标地影区多月相

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风云第三代极轨卫星测风激光雷达仿真与指标分析(特邀)

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光学学报 2024年第18期44卷 43-55页

作者：吴松华戴光耀龙文睿孙康闻翟晓春徐娜商建胡秀清张鹏中国海洋大学信息科学与工程学部海洋技术学院山东青岛266100 崂山实验室山东青岛266200 中国气象局国家卫星气象中心北京100081 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室北京100081 中国气象局气象探测中心北京100081

高时空分辨率的三维风场是研究大气层动力结构及演化特征、热量-动量-物质交换与平衡的关键要素。世界气象组织评估认为,三维风场的全球观测是从根本上提高数值气象预报精度的首要观测因素。欧洲空间局Aeolus卫星的全链路仿真系统、卫... 详细信息

高时空分辨率的三维风场是研究大气层动力结构及演化特征、热量-动量-物质交换与平衡的关键要素。世界气象组织评估认为,三维风场的全球观测是从根本上提高数值气象预报精度的首要观测因素。欧洲空间局Aeolus卫星的全链路仿真系统、卫星技术体制、定标印证与科学应用等经验为我国风云卫星的全球动力场观测提供了有益的借鉴。简要回顾了国外星载测风激光雷达发展计划和应用情况,针对我国风云第三代极轨气象卫星对全球高分辨率三维风场的观测需求,分析两种星载测风激光雷达技术的适用性,建议发展一种直接探测与相干探测融合的双体制多普勒测风激光雷达技术方案,通过双光束探测模式,以期实现单星的风矢量探测。通过构建一套全链路测风激光雷达仿真模型,实现网格化大气参数、扫描观测与正演-反演仿真。结合当前国内航天有效载荷的技术成熟度与发展趋势,给出星载混合体制测风激光雷达的主要参数建议,以满足数值天气预报的同化所需要的时空分辨率与观测精度需求。

关键词：星载测风激光雷达相干探测直接探测多普勒激光雷达仿真模拟风廓线

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短波红外三维亚像元低层水云散射效应对二氧化碳反演的影响分析

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地球物理学报 2022年第10期65卷 3759-3769页

作者：白文广张鹏卢乃锰张文建马刚漆成莉刘辉中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 北京100081 许健民气象卫星创新中心/国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 北京100081

由于大气短波红外辐射传输散射的复杂性,目前二氧化碳物理反演算法通常假定为晴空平面平行大气.然而通常的云检测算法难以识别视场内亚像元低层水云存在的场景,直接影响了二氧化碳遥感产品的精度.本文基于三维矢量辐射传输计算方法模拟... 详细信息

由于大气短波红外辐射传输散射的复杂性,目前二氧化碳物理反演算法通常假定为晴空平面平行大气.然而通常的云检测算法难以识别视场内亚像元低层水云存在的场景,直接影响了二氧化碳遥感产品的精度.本文基于三维矢量辐射传输计算方法模拟了三维亚像元水云在短波红外1.6μm波段的散射效应,并估算了忽略此散射效应可能引入的二氧化碳反演偏差.结果表明:1.6μm波段云区表现为强反射特征,阴影区表现为减弱特性.忽略三维云散射后,云区视场辐射模拟结果偏低,且相对偏差量随地表反射率的减小、太阳天顶角的升高和云层光学厚度的增大而增大;而阴影区辐射模拟结果将偏高,相对偏差量随太阳天顶角升高、云层光学厚度的增大而增大;在云区和阴影区吸收通道都表现了相对更大的偏差.估算结果显示在低反射率、高太阳天顶角和高云层光学厚度场景中,晴空平面平行假设可能引入高达10~15 ppmv反演误差,远高于观测需求.如何剔除三维云散射影响的观测,或者在反演算法中修正三维云散射效应对于提高二氧化碳反演精度将非常重要.

关键词：三维矢量辐射传输计算短波红外亚像元云散射二氧化碳反演偏差

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基于陆地生态系统碳监测卫星的气溶胶光学参数反演与验证研究

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激光与光电子学进展 2025年第5期62卷 45-53页

作者：陈炳龙查晨星卞月根任一婕卜令兵中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)许健民气象卫星创新中心北京100081 南京信息工程大学大气物理学院江苏南京210044

气溶胶可改变地球大气辐射平衡或作为云凝结核影响云层的形成,从而对全球大气造成影响,气溶胶光学参数可用来研究这种影响。星载激光雷达是获得全球气溶胶光学参数的一种主要方式。2022年8月,我国成功发射陆地生态系统碳监测卫星(TECIS)... 详细信息

气溶胶可改变地球大气辐射平衡或作为云凝结核影响云层的形成,从而对全球大气造成影响,气溶胶光学参数可用来研究这种影响。星载激光雷达是获得全球气溶胶光学参数的一种主要方式。2022年8月,我国成功发射陆地生态系统碳监测卫星(TECIS),卫星的主要载荷为星载多波束激光雷达系统,可对全球范围内的气溶胶光学参数展开观测,此系统目前需要进行对比验证工作。利用Fernald前向积分法,对星载多波束激光雷达的衰减后向散射系数进行反演,得到了气溶胶后向散射系数和退偏振比的光学参数信息。使用MPLNET(Micro pulse LiDAR network)和CALIPSO(Cloud-aerosol LiDAR and infrared pathfinder satellite observation)的数据产品对反演结果进行对比,结果表明,反演所得到的气溶胶光学参数与上述数据产品具有较高的一致性,在相关性分析中得到的决定系数R2为0.8左右。初步验证了TECIS的星载多波束激光雷达系统对大气气溶胶的观测能力。

关键词：星载激光雷达大气气溶胶气溶胶光学参数对比验证

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