[发明专利]一种云团无探测数据区的云粒子相态生长方法

说明书

本发明公开了一种云团无探测数据区的云粒子相态生长方法，依托PARASOL、Aqua、CALIPSO和CloudSat四类卫星载荷数据分别进行伞型云团水平和垂直向云粒子动态协同处理，构建云团无效探测区域的云粒子生长数学模型并重构出云团内数据缺失区域的粒子相态，实现云团粒子相态的动态获取，解决多源异构空间数据的协同及无探测数据区反演的难题，为云、气溶胶等大气协同探测提供新的方法支撑。

技术领域

本发明涉及大气科学领域，具体涉及一种云团无探测数据区的云粒子相态生长方法。

背景技术

云覆盖地表约三分之二。云是地球辐射收支平衡的关键调节器之一。云特性及其时空变化对全球天气及气候变化影响巨大。云相态的准确判定不仅有助于其他云物理参数的反演，也能为天气预报、气候模式、地球辐射收支、大气及降水循环研究提供依据。现有星载单传感器云相态反演存在一定的局限。单一主动或被动传感器由于仪器性能的差异会导致云粒子相态反演结果存在一定差异，而且现有的多传感器联合探测主要从水平或垂直单方向进行分析，缺少将两者结合起来从空间角度来进行云粒子相态的研究。无论被动探测还是主动探测都是利用云粒子与电磁波相互作用即散射和吸收这一基本物理规律开展研究。被动光学载荷在探测广度上有较大优势，但在探测深度上却存在不足。主动载荷发射的电磁波信号能穿透云顶到达云层内部甚至云底，可获取云团内部垂直廓线的反射信息，但由于载荷主动发射的能量束范围窄而导致其探测广度不足。因此，存在无法获取云团非有效探测区域的三维空间相态信息。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前多载荷联合反演云团粒子相态在非有效探测数据区现有反演算法失效的难题，提供了一种云团无探测数据区的云粒子相态生长方法，先对云团有效观测区联合主动(CALIOP和CPR)和被动(POLDER3和MODIS)卫星载荷数据获取异构的云相态数据，并将多源异构的云相态进行空间维度统一，再分别从云团伞状构型的云顶水平向和云团内部垂直向实现云相态动态融合，得到云团有效观测区伞型云相态融合结果集。最后基于有效观测区的云相态融合结果集对云层内探测数据缺失区域开展云粒子相态生长数学模型研究，并重构无探测数据区的云粒子形态，从而获取云团非有效探测区域的三维空间相态信息。解决了无法获取云团非有效探测区域的三维空间相态信息的难题。

本发明的技术方案如下：

本发明公开了一种云团无探测数据区的云粒子相态生长方法，包括以下步骤，

分别获取云团有效观测区联合主动和被动卫星载荷异构的云相态数据，将多源异构的云相态进行空间维度统一；

从云团伞状构型的云顶水平向和云团内部垂直向实现云相态动态融合，得到云团有效观测区伞型云相态融合结果集；

利用云相态融合结果集对云层内探测数据缺失区域开展粒子相态生长数学模型，重构无探测数据区的云粒子形态，获取云团非有效探测区域的三维空间相态信息。

进一步的，所述获取云团有效观测区联合主动和被动星载荷异构的云相态数据具体方法为：利用PARASOL、Aqua、CALIPSO和CloudSat四类卫星获取CALIOP、CPR和POLDER3、MODIS的卫星载荷云相态数据，记为{P_Polder,P_Modis,P_Caliop,P_Cpr}；

进一步的，所述将多源异构云相态进行空间维度统一的具体方法为：选择云相态空间分辨率最高的CALIOP云相态为参考标准维度，对其他CPR、POLDER3和MODIS云相态进行二维重构，得到调整后的云相态

进一步的，所述实现云相态动态融合具体方法为：基于云团有效观测区伞型结构，在伞型结构云顶方向和垂直方向建立四/两载荷多目标最优化融合算法，算法如下：