[发明专利]一种全球陆地降水反演方法

说明书

本发明公开了一种全球陆地降水反演方法，所述方法包括：步骤1)将陆地1级数据和TMPA 3B42陆地数据进行匹配，得到匹配数据集；计算三个亮温差，由此判定云系统的对流强度的类型，对不同的类型采用不同的降水反演模型，得到陆地降雨率；步骤2)根据对流强度判定是否降水，结合步骤1)的降水率得到最终的陆地降雨率。本发明的全球陆地降水反演方法能够有效判别降水事件的发生与否和反演降雨率，实现了全球陆地降水反演，有效提高了FY‑3C/MWHS‑II数据利用率，此方法得到的陆地降水反演结果准确率较高，可以做为FY‑3C/MWHS‑II的陆地降水反演业务算法的一种参考，从而为后续的数值天气预报、资料同化等研究奠定了基础。

技术领域

本发明涉及微波遥感降水领域，具体而言，涉及一种全球陆地降水反演方法，此发明方法可用于风云三号03星新型微波湿度计(FY-3C/MWHS-II)，适用于纬度在50°S-50°N范围内的全球陆地区域。

背景技术

降水是天气分析、天气预报以及气候变化研究等的重要参数。它在全球能量与水循环过程中发挥着重要作用，对气候变化研究具有特别重要的意义。但是降水的时间和空间变化很大，是最难测的气候因素之一。目前，测量陆地降水的手段主要有三种：地面雨量计测量，地基雷达遥感和卫星遥感。虽然地面雨量计测量是其他探测手段的基准，但是其时间和空间的分辨率远远不能满足大气科学研究的需求，而地基雷达遥感同样面临着空间分辨率的问题，同时雷达探测降水受地形遮挡，雷达射线抬升和Z-R关系不确定性的影响，位置固定且造价很高等不利因素，在复杂区域很难实施。星载遥感由于具有空间覆盖广，时间和空间分辨率高等优势，发展迅速。与红外相比，微波可以穿透云雨等，因此星载微波遥感具有独特的优势。

我国第二代极轨气象卫星——“风云三号”气象卫星03星(FY-3C)于2013年9月23日发射成功。“风云三号”对地观测每天绕地球南北极飞行14圈，飞行一圈的时间为102分钟，卫星高度836km。其上的一个重要载荷新型微波湿度计(MWHS-II)作为FY-3A和FY-3B气象卫星上的更新换代产品，保留了原来的大气水汽主探测频点183.31-GHz，该频点扩展为5个的探测通道对大气不同高度层水汽垂直特征有不同响应，位于水汽吸收带中心的通道能探测大气上层约300百帕的水汽分布信息，逐渐远离吸收线中心移向翼区的通道，穿透深度逐渐加强，可以探测大气中层400、500和700百帕，以及底层850百帕的水汽分布信息；同时窗区通道设置为89-GHz和150-GHz，用于探测地表微波辐射信息；国际上首次用于极轨气象卫星的118-GHz作为氧气吸收频点设置为8个通道，可用于垂直高度的大气温度探测，其后4个通道(即通道6-9)可以接收到对流层中下层的降水信息，与183.31-GHz的5个水汽探测通道相结合，实现了湿度和温度的同时探测。FY-3C/MWHS-II的15个通道设置参数情况如表1。新型微波湿度计作为一种被动的微波遥感器，不仅能够穿透云层和雨区，并且能够穿透一定深度的地表或植被，用于全天时、全天候探测全球地表及不同高度层的湿度和温度、水汽含量、降水量等气象信息，具有探测降水的能力，为数值天气预报提供及时准确的大气湿度初始场信息，提升对台风暴雨等灾害性强对流天气的监测预警能力，在大气探测及陆地观测中具有重要作用。

表1 FY-3C/MWHS-II通道设置参数

从FY-3C/MWHS-II硬件设计的角度来看，水平已达国际先进水平，但是从数据应用的角度来看，与国外同类载荷AMSU、ATMS等相比，数据利用率较低，基于FY-3C/MWHS-II的全球陆地降水反演研究具有重要意义。FY-3C/MWHS-II的1级数据主要有海陆标识码、亮温、仪器观测天顶角、地理位置和时间等信息。FY-3C/MWHS-II数据质量较高，已于2016年4月被欧洲ECMWF同化进入业务同化系统，对全球数值天气预报起到了正效应。

传统的陆地降水反演方法采用低频波段来探测地表信息，但是陆地的地表发射率较高，微波信号容易被淹没在强辐射背景中，使得降水反演算法建立的不够准确，导致反演精度较差。