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红外与毫米波学报 2022年第3期41卷 597-607页

作者：杨天杭顾明剑邵春沅吴春强漆成莉胡秀清中国科学院红外探测与成像技术重点实验室上海200083 中国科学院上海技术物理研究所上海200083 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083 国家卫星气象中心中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室北京100081

红外高光谱大气探测仪Ⅱ型(HIRAS-Ⅱ)是一台傅里叶变换光谱仪,搭载于世界首颗民用晨昏轨道气象卫星FY-3E上,其研制过程在FY-3D/HIRAS-I产品基础上,重点提升了探测器灵敏度、光谱和辐射定标精度等方面。仪器发射前进行了全面的热真空定... 详细信息

红外高光谱大气探测仪Ⅱ型(HIRAS-Ⅱ)是一台傅里叶变换光谱仪,搭载于世界首颗民用晨昏轨道气象卫星FY-3E上,其研制过程在FY-3D/HIRAS-I产品基础上,重点提升了探测器灵敏度、光谱和辐射定标精度等方面。仪器发射前进行了全面的热真空定标试验,其中非线性订正作为辐射定标过程的重要环节,对辐射定标精度具有重要影响。针对HIRAS-Ⅱ长波和中波1红外探测器产生的非线性效应,通过缩放带内光谱对原始数据作非线性订正,采用最小化不同温度点复原光谱各波数点的响应度分布和最小化变温黑体定标偏差分布两种方法推导非线性系数。对比辐射定标数据作非线性订正前后的光谱亮温偏差,结果表明,经过非线性订正后的辐射定标精度得到了明显提升。

关键词： HIRAS-Ⅱ 非线性校正辐射定标热真空试验

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基于FY-4A的庐山云海特征及其成因研究

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气象学报 2023年第6期81卷 973-984页

作者：陈勇段婧王新郭强张小鹏中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室北京100029 中国气象局云降水物理与人工影响天气重点开放实验室北京100081 国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)/中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/许健民气象卫星创新中心北京100081 庐山气象局九江332900

利用FY-4A卫星等资料分析了2019—2021年的19次庐山白天云海过程(12个传统云海和7个瀑布云过程),研究了庐山云海特征及其形成机制,评估了卫星资料在云海识别中的应用。研究表明:FY-4A可见光云图可基本辨识庐山云海范围及宏观演变特征,... 详细信息

利用FY-4A卫星等资料分析了2019—2021年的19次庐山白天云海过程(12个传统云海和7个瀑布云过程),研究了庐山云海特征及其形成机制,评估了卫星资料在云海识别中的应用。研究表明:FY-4A可见光云图可基本辨识庐山云海范围及宏观演变特征,但较难刻画出小尺度瀑布云的精细结构;FY-4A的云顶高度L2产品可用于庐山传统云海的识别,但较难识别瀑布云过程。非洋面海岛的庐山也存在云系尾流现象且频率较高(共3次过程),由绕流作用形成的尾流云系呈逗号状分布,做规律性摆动但无连续涡旋;该尾流型云海形成的主要因素是庐山为相对周边孤立的椭圆形山体、冷高压底部的强北风低空急流、山腰逆温层。庐山云海发生时大多受地面高压控制且位于850 hPa的高湿区或边缘区域,该区域的弱下沉运动形成的逆温层和低空充沛的水汽有利于庐山云海形成及维持。

关键词：庐山云海 FY-4A 可见光尾流

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静止气象卫星Ka数传链路特性及分集策略研究

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无线电工程 2022年第8期52卷 1496-1503页

作者：裘奕张宝陈素晶李庆硕冯庆玉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 许建民气象卫星创新中心北京100081

采用国际电信联盟无线电通信组(ITU-R)提供的雨天衰减预算模型,分析了近十年北京气象卫星地面站所在地区年降雨情况对风云四号静止气象卫星Ka频段数据传输链路的影响,计算了数据接收系统受降雨影响带来的衰减值,并结合我国降雨分布情况... 详细信息

采用国际电信联盟无线电通信组(ITU-R)提供的雨天衰减预算模型,分析了近十年北京气象卫星地面站所在地区年降雨情况对风云四号静止气象卫星Ka频段数据传输链路的影响,计算了数据接收系统受降雨影响带来的衰减值,并结合我国降雨分布情况,以风云四号B星Ka数传系统为研究对象,对北京气象卫星地面站周边远郊区县、河北怀来及内蒙古乌兰察布地区的雨衰情况进行了统计分析。提出了满足我国静止气象卫星Ka频段数据传输系统性能需求的有针对性的分集接收策略,不仅充分证明了分集接收在应对静止气象卫星Ka频段数据传输中克服雨衰的必要性,也为分集站建设选址和气象卫星事业高质量发展、卫星数据资料接收系统的高可用性设计提供了依据。

关键词：静止卫星 Ka频段数传链路降雨衰减分集接收

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大气环境监测卫星星载激光雷达二氧化碳遥感反演方法及精度验证

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上海航天（中英文） 2023年第3期40卷 30-36页

作者：张璐张兴赢曹西凤闫欢欢刘恭举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 青岛科技大学理学院山东青岛266061

目前卫星被动遥感二氧化碳存在空间覆盖不足、时空分辨率不够、地球两极和夜间缺少数据等问题,对二氧化碳的源汇研究带来很大的不确定度,同时也制约着利用卫星遥感温室气体探究全球变化。2022年4月我国发射了全球首颗搭载主动激光雷达... 详细信息

目前卫星被动遥感二氧化碳存在空间覆盖不足、时空分辨率不够、地球两极和夜间缺少数据等问题,对二氧化碳的源汇研究带来很大的不确定度,同时也制约着利用卫星遥感温室气体探究全球变化。2022年4月我国发射了全球首颗搭载主动激光雷达探测二氧化碳的卫星-大气环境卫星。其上搭载了的气溶胶和碳探测激光雷达(ACDL),利用1572 nm的两束激光,可以反演干空气中加权平均的二氧化碳柱浓度。初步与香河站(全球碳柱总量观测网)站点比对的平均偏差为0.48×10-6,Sodankyla(全球碳柱总量观测网)站点的比对的平均偏差为0.8×10-6,精度超过被动遥感卫星。

关键词：主动探测二氧化碳卫星大气环境卫星验证

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静止轨道风云四号气象卫星模拟器研究

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测控技术 2023年第9期42卷 38-43页

作者：郭强韩琦谢利子国家卫星气象中心运行控制室北京100081 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

为满足气象卫星地面系统工程研制和应用过程中的卫星模拟仿真需求,分析了新一代静止轨道气象卫星的功能特点和仿真需求,采用模块化集成原则设计了一种气象卫星模拟器技术架构,实现卫星平台、有效载荷和星地接口的综合模拟。研究了遥测... 详细信息

为满足气象卫星地面系统工程研制和应用过程中的卫星模拟仿真需求,分析了新一代静止轨道气象卫星的功能特点和仿真需求,采用模块化集成原则设计了一种气象卫星模拟器技术架构,实现卫星平台、有效载荷和星地接口的综合模拟。研究了遥测遥控、高速数传、姿轨控和数据管理等卫星功能的模拟方法,实现卫星平台系统核心功能和接口模拟,讨论了有效载荷的功能模拟与载荷数据仿真方法,模拟仪器工作模式,并行实时输出载荷仿真数据。根据风云四号气象卫星星地系统特点,研究了系统评估方法和联试方法,从功能完整性、设计指标符合性、系统可用性等方面对系统效益进行评价。综合评估结果表明,该系统能够达到设计和应用要求。

关键词：气象卫星卫星模拟器卫星平台有效载荷数据仿真

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“21·7”河南暴雨环境场及云的宏微观特征

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应用气象学报 2022年第6期33卷 682-695页

作者：高洋蔡淼曹治强田林王曦国家卫星气象中心/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 中国气象局云降水物理与人工影响天气重点开放实验室北京100081

利用FY-4A静止气象卫星、FY-3D极轨气象卫星资料和ERA5再分析资料,深入分析“21·7”河南暴雨环境场及云宏微观特征,首次利用FY-4A观测研究此次事件对流云微物理特征。结果表明:“21·7”河南暴雨是一次极端强降水事件,河南省... 详细信息

利用FY-4A静止气象卫星、FY-3D极轨气象卫星资料和ERA5再分析资料,深入分析“21·7”河南暴雨环境场及云宏微观特征,首次利用FY-4A观测研究此次事件对流云微物理特征。结果表明:“21·7”河南暴雨是一次极端强降水事件,河南省位于大陆高压和副热带高压之间的鞍型场内,有利于其上空低涡云系的发展和维持。2021年7月20日两股水汽输送交汇于河南中北部,为郑州极端降水提供了有利条件。20日14:00—16:00(北京时,下同)郑州长时间位于对流云团冷云区边界亮温梯度大值区,该时段对流发展旺盛;12:00—14:00云光学厚度跃增,且在15:00仍维持较大值,表明该时段云中液态粒子大量合并,液态水含量丰富,光学厚度峰值出现时间先于降水量峰值出现时间,FY-4A云光学厚度跃增且维持较大值对强降水出现时间及量级有重要的预警意义。对流云粒子有效半径(r_(e))随温度(T)的增长曲线(T-r_(e)关系)表明:20日16:00河南上空的雨胚形成区最为深厚,云中不同高度的r_(e)整体维持在20~25μm,表明云中上升气流较强,有利于地面强降水发生。

关键词：极端降水 FY-4A 宏观结构云微物理特征

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2021年2月北美极端低温暴雪的卫星遥感监测

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应用气象学报 2022年第6期33卷 696-710页

作者：任素玲牛宁覃丹宇杨冰韵徐榕焓咸迪国家卫星气象中心/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 中国气象局干部培训学院北京100081

利用气象卫星数据和欧洲中期天气预报中心ERA5再分析数据,在开展卫星数据误差分析的基础上,研究2021年2月北美冬季风暴乌里发生的气候背景、发展演变、极涡活动对乌里的触发作用及造成极端低温和降雪的大气影响因子等。结果表明:与ERA5... 详细信息

利用气象卫星数据和欧洲中期天气预报中心ERA5再分析数据,在开展卫星数据误差分析的基础上,研究2021年2月北美冬季风暴乌里发生的气候背景、发展演变、极涡活动对乌里的触发作用及造成极端低温和降雪的大气影响因子等。结果表明:与ERA5温度相比,FY-3D/VASS温度在北美地区100,400 hPa和850 hPa的平均绝对偏差分别为1.14℃,1.44℃和2.63℃,可满足冬季极端冷事件监测服务需求;2021年2月北美大陆冷空气活动关键区(50°~80°N,50°~150°W)西部温度较历史同期偏低4~8℃,2月上旬冷空气强度最强,温度距平百分比达70%;在东北太平洋暖高压脊引导下,极涡加强南下,极涡中心西侧横槽转竖过程中冷空气向南爆发,对流层中高层高位涡异常南伸为乌里的生成提供了高层动力强迫,低层冷空气南下和墨西哥湾沿副热带高压西侧向北输送的暖湿气流在美国南部交汇,触发了乌里低层低涡及云系的快速发展;造成强降雪的风暴乌里云系具有对流特征,冷锋云带和头部云顶亮温大部分低于-40℃,部分低于-52℃,闪电活跃。

关键词：风云气象卫星 FY-3D/VASS温度和湿度北美冬季风暴乌里极涡位涡

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利用静止卫星资料的川渝地区云覆盖特征研究

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气象学报 2023年第6期81卷 958-972页

作者：王健捷胡秀清樊丝慧闵佳园刘超张鹏宁波市气象局宁波315000 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 西南交通大学重庆400000 南京信息工程大学大气物理学院南京210044

利用气象卫星风云四号A星和葵花8号观测资料,根据川渝地区独特的地形、地势将其分为东部低海拔地区和西部高海拔地区,建立高分辨率的网格化无云背景场,作为无云与有云辐射差异对比,使用阈值法进行晴空、水云、冰云、低层云雾、霾和积雪... 详细信息

利用气象卫星风云四号A星和葵花8号观测资料,根据川渝地区独特的地形、地势将其分为东部低海拔地区和西部高海拔地区,建立高分辨率的网格化无云背景场,作为无云与有云辐射差异对比,使用阈值法进行晴空、水云、冰云、低层云雾、霾和积雪的检测,进而提高云识别信度,统计分析2016—2021年川渝地区云覆盖时、空分布特征。研究表明:川渝地区云的区域分布特征明显,东、西部存在明显差异,总体呈东多西少,云覆盖频率常年存在高值中心,云覆盖面积有明显月变化。东部低海拔地区云覆盖频率常年在70%—80%,而西部高海拔地区云覆盖频率在50%—65%。云覆盖频率的高、低值过渡区对应青藏高原与四川盆地之间的陡峭地形区,这与地形地势、水汽条件和大气环流特征有关。各月的云覆盖面积在东部低海拔地区相对稳定(占比在60%—80%),而西部高海拔地区差异较大。其中东部的冰云和西部的总云面积具有显著月变化(单峰)特征,峰值出现在7月,分别为37%和76%。6 a中各类型云覆盖面积占比年际波动较小,东部的云覆盖面积占比常年超过70%,其中水云占比最大(35%—40%),冰云次之(20%左右),低层云雾最小(约13%);西部的云覆盖面积占比常年约60%(水云24%—26%,冰云22%—25%,低层云雾约10%)。

关键词：川渝地区云覆盖时空分布变化特征

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跨光谱的地表参数对微波近地面通道正演模拟的影响分析

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地球物理学报 2023年第12期66卷 4875-4888页

作者：杨宗儒白学志马刚戴秋丹张邦林张鹏河海大学海洋学院南京210024 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象局地球系统数值预报重点开放实验室北京100081 中国气象局中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室广州510641 中国气象局国家卫星气象中心北京100081 中国气象局许建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

获取与卫星观测同步的地表温度是全地形卫星近地面微波探测数据同化成功的关键所在.为了进一步提高在复杂下垫面上先进技术微波探测仪(Advanced Technology Microwave Sounder,ATMS)近地面通道正演模拟精度,针对ATMS原始数据(Sensor Dat... 详细信息

获取与卫星观测同步的地表温度是全地形卫星近地面微波探测数据同化成功的关键所在.为了进一步提高在复杂下垫面上先进技术微波探测仪(Advanced Technology Microwave Sounder,ATMS)近地面通道正演模拟精度,针对ATMS原始数据(Sensor Data Record,SDR)与可见光/红外辐射计(Visible and Infra-Red Radiometer,VIRR)反演产品数据不能同步获取的问题,本文基于像元匹配技术实现了卫星序列间观测数据的交叉配对,利用跨光谱的反演地表温度作为正演ATMS陆面近地面通道的观测辐射的下边界参数,进而对正演辐射、基于ECMWF全球气候第五代大气再分析产品(the Fifth Generation ECMWF Reanalysis for the Global Climate and Weather,ERA5)地表温度的模拟值与典型下垫面探测数据开展了误差分析与验证,为下一步的ATMS陆面近地面通道的同化提供技术支撑.在FY-3D的红外高光谱大气垂直探测仪(Hyperspectral Infrared Atmospheric Sounder,HIRAS)像元与中分辨率光谱成像仪Ⅱ型(Medium Resolution Spectral Imager-Ⅱ,MERSI-Ⅱ)像元的匹配中,卷积可以使HIRAS通道加权平均的观测辐射与MERSI-Ⅱ辐射的偏差减小,平均误差约为0.28 K左右.昼间与夜间HIRAS卷积亮温与MERSI-Ⅱ通道亮温平均偏差和STD的时间演变趋势相当.FY-3D MERSI-Ⅱ像元与NOAA-20交叉轨道红外测深仪(Cross-track Infrared Sounder,CrIS)像元匹配时,中纬度极轨卫星序列间的像元匹配精度与全球天基相互校准系统(Global Space-based Inter-Calibration Sytem,GSICS)中极轨卫星与静止卫星在中低纬的匹配精度相当,匹配后窗区亮温的偏差都在0.1 K左右.表明GSICS中卫星间的像元匹配方法可以在更广泛的条件下使用.相对于ERA5地表温度,在沙漠区域MERSI-Ⅱ反演的地表温度与测站地表温度的偏差更小.MERSI-Ⅱ反演的地表温度模拟的亮温更能展示ATMS通道5亮温的真实情况.尽管基于红外观测反演的地表温度与基于微波观测反演的地表温度代表了不同深度的土壤温度,当二者误差小于一定阈值时认为两种地表温度可以相互替代,并对卫星微波近地面探测通道的正演模拟不会带来大的影响.此时可以认为基于红外观测反演的地表温度是微波光谱的地表温度在一定误差水平下的体现.

关键词：像元匹配地表参数亮温正演地表温度

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基于DeeplabV3+网络的轻量化语义分割算法

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科学技术与工程 2024年第24期24卷 10382-10393页

作者：张秀再张昊杨昌军南京信息工程大学电子与信息工程学院南京210044 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心南京210044 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北京100081

针对传统语义分割模型参数量大、计算速度慢且效率不高等问题,改进一种基于DeeplabV3+网络的轻量化语义分割模型Faster-DeeplabV3+。Faster-DeeplabV3+模型采用轻量级MobilenetV2代替Xception作为主干特征提取网络,大幅减少参数量,提高... 详细信息

针对传统语义分割模型参数量大、计算速度慢且效率不高等问题,改进一种基于DeeplabV3+网络的轻量化语义分割模型Faster-DeeplabV3+。Faster-DeeplabV3+模型采用轻量级MobilenetV2代替Xception作为主干特征提取网络,大幅减少参数量,提高计算速度;引入深度可分离卷积(deep separable convolution, DSC)与空洞空间金字塔(atrous spatia pyramid pooling, ASPP)中的膨胀卷积设计成新的深度可分离膨胀卷积(depthwise separable dilated convolution, DSD-Conv),即组成深度可分离空洞空间金字塔模块(DP-ASPP),扩大感受野的同时减少原本卷积参数量,提高运算速度;加入改进的双注意力机制模块分别对编码区生成的低级特征图和高级特征图进行处理,增强网络对不同维度特征信息提取的敏感性和准确性;融合使用交叉熵和Dice Loss两种损失函数,为模型提供更全面、更多样的优化。改进模型在PASCAL VOC 2012数据集上进行测试。实验结果表明:平均交并比由76.57%提升至79.07%,分割准确度由91.2%提升至94.3%。改进模型的网络参数量(params)减少了3.86×10~6,浮点计算量(GFLOPs)减少了117.98 G。因此,Faster-DeeplabV3+算法在大幅降低参数量、提高运算速度的同时保持较高语义分割效果。

关键词：语义分割 DeeplabV3+ 轻量化深度可分离卷积(DSC) 空洞空间金字塔池化(ASPP)

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