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如何从FY-4A/GIIRS光谱优选温度通道以反演大气温度廓线

 

人间四月芳菲尽,山寺桃花始盛开——气温的垂直变化造就了不同的景观,也赋予人们更多的想象。东坡寄情于天上人间,却心有所憾,写下“我欲乘风归去,又恐琼楼玉宇,高处不胜寒。”如果能提前知道“高处”的温度情况,他是否能笔下生花,写下更为惊艳的诗词?如今,我国气象事业的不断发展为人类的想象插上了腾飞翅膀。借助卫星观测资料,可以获取地面到高空大量的气象参数,形成一条条垂直的廓线,不仅仅是温度、还可获取到湿度、臭氧等垂直廓线。与地面观测资料结合起来,就能提供三维的大气信息,而从更好地了解我们赖以生存的大气环境。作为卫星平台上的主要仪器——高光谱红外探测仪,拥有上千个探测通道,通过这些通道信息就能帮助我们了解大气,正如风四卫星数值预报应用攻关首席专家韩威研究员在《今天是你的生日,风四A星》中写道:“……你用1650根测天神针,感应三维大气温湿,从对流层到平流层……”可众多的“测天神针”除了能探测温度和湿度的垂直信息外,还能探测其他的大气参数垂直信息。那么,如何从这些“测天神针”中有效地选择一部分,进而更加针对性地获取想要的高空温度呢?

 

       围绕上述问题,国家气象信息中心多源数据融合方向首席研究员师春香团队,针对国际上唯一的静止轨道红外高光谱大气探测仪GIIRS进行了温度通道的选择研究。借助时序分析方法——奇异谱分析(SSA),将GIIRS长波红外光谱(拥有689个通道)进行分解,获得了位于温度及二氧化碳敏感带的光谱成分,快速、有效地提取了可用于反演温度廓线的通道资料。同目前在轨运行的主要探测仪的温度通道相比具有较好的一致性,并结合由地面探空系统得到的温度廓线资料,利用人工神经网络模型得到了有效的反演验证。

 

       文章的第一作者余佩沛指出,尽管利用SSAGIIRS的长波红外光谱进行了针对性的温度通道选择,但这只是研究的开始,最终目的仍是实现对温度廓线资料的精准快速反演,以通过卫星资料弥补地面探空廓线资料在时空覆盖及分辨率上的不足。文章通讯作者师春香提到,利用神经网络模型对通道选择进行反演验证是一种行之有效的方法,但如何揭秘神经网络的“黑匣子”,如何量化通道的有效信息仍需要深入研究。

 

       以上研究已被《Advancesin Atmospheric Sciences》接收并出版,得到了国家重点研发计划(2018YFC1506604),国家自然科学基金(91437220)、公益性行业(气象)科研专项(GYHY201506002)以及国家气象科技创新工程气象资料质量控制及多源数据融合与再分析项目的共同资助,余佩沛为第一作者,师春香研究员为通讯作者。

 

 


1 通过卫星探测反演大气温度廓线

 

论文信息:

PeipeiYU, Chunxiang Shi, Ling YANG, Shuai SHAN. 2020: A New Temperature ChannelSelection Method Based on Singular Spectrum Analysis for Retrieving AtmosphereTemperature Profiles from FY-4A/GIIRShttps:// doi:10.1007/s00376-020-9249-9

下载链接:http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/article/doi/10.1007/s00376-020-9249-9