静止轨道微波探测器视场偏差特征分析

韦晓澄; 孙逢林

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2022.067

静止轨道微波探测器视场偏差特征分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.067

韦晓澄^{1, 2, 3},
孙逢林^{2, 3, ,}

1.
中国气象科学研究院, 北京 100081
2.
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
3.
许健民气象卫星创新中心，北京 100081

基金项目:

国家自然科学基金 41975020

详细信息

通讯作者:
孙逢林，男，江苏省人，高级工程师，主要从事卫星天气学研究。E-mail：sunfl@cma.gov.cn

中图分类号: P414.4
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出版历程
- 收稿日期: 2022-03-08
- 修回日期: 2022-10-06
- 网络出版日期: 2023-03-06
- 刊出日期: 2022-12-20

ANALYSIS OF THE PARALLAX CHARACTERISTICS OF GEOSTATIONARY-ORBITING MICROWAVE SOUNDER

WEI Xiaocheng^{1, 2, 3},
SUN Fenglin^{2, 3
, ,}

1.
Chinese Academy of Meteorological Sciences, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China
2.
Key Laboratory of Radiometric Calibration and Validation for Environmental Satellites, National Satellite Meteorological Centre(National Center for Space Weather), China Meteorological Administration, Beijing 100081, China
3.
Innovation Center for FengYun Meteorological Statellite(FYSIC), Beijing 100081, China

摘要

摘要: 现有的极轨微波仪器有着较强的穿云能力，空间分辨率较低，故目前而言，国内外鲜有针对微波探测器的视差分析研究，但若未来在静止轨道上搭载空间分辨率较高的静止轨道微波探测器，则微波视场内的视差问题不容忽视。针对未来发展的静止轨道卫星微波探测器，利用辐射传输模式CRTM模拟该类仪器的亮温，并分析其受视场内云影响所产生的视场偏差，结果表明空间分辨率越高，视差问题越明显；天顶角越大，云顶高度越高，视差越大。除此之外，以台风和高云的个例对实际情况中微波探测仪内视差误差进行了展示，说明静止轨道微波仪器尽管有较高的时间分辨率，但是因为视差的存在，仍然会对台风预警的准确性产生影响。
- 静止轨道 /
- 微波探测器 /
- 视差
Abstract: The existing polar-orbit microwave instruments have strong cloud penetrating ability and low spatial resolution, resulting in little research on the parallax issue of microwave detectors. However, if the microwave sounder with high spatial resolution can be carried onboard the geostationary orbit in the future, its effect on the microwave field of view cannot be ignored any more. In this paper, we use the Community Radiative Transfer Model (CRTM) to simulate the brightness temperature (BT) of geostationary satellite microwave detectors, and analyze the BT deviation caused by the cloud in the field of view. The results are shown as follows. The higher the spatial resolution is, the more obvious the parallax will be. The parallax increases with the increase of the zenith angle or the cloud-top height. In addition, taking typhoons and high clouds as examples, this paper presents the parallax of microwave detectors in the actual situation, which suggests that although the geostationary orbit microwave instrument has a high time resolution, the existence of the parallax will still affect the accuracy of typhoon warning.
- geostationary orbit /
- microwave sounder /
- parallax

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图 1 基于CRTM模式和ERA-5资料模拟得到的2018年8月17日00时（UTC）的静止轨道微波探测器观测亮温

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图 2 视差订正前后云位置发生变化的示意图

B为卫星原本测量的点，但因为B处云的干扰，测得的值为C处的值。

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图 3 不同云顶高度及不同分辨率条件下，通道10（57.29）中每个像元在视差订正前后的亮温变化

第一列为2018年8月17日00时的模拟亮温数据在FY-4A所反演得到的云高条件下，进行视差订正前后的亮温差。其余四列分别是同时刻的模拟亮温数据在模拟云高的条件下，进行视差订正前后的亮温差，模拟云高分别为1 km、5 km、10 km和15 km。

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图 4 同图 3，但为通道16

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图 5 同图 3，但为通道18

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图 6 空间分辨率为25 km时，通道10（57.29 GHz）中每个像元在视差订正前后亮温变化的分布

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图 7 空间分辨率为25 km时，通道16（88.20 GHz）中每个像元在视差订正前后亮温变化的分布

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图 8 空间分辨率为25 km时，通道18（183.31±7.00 GHz）中每个像元在视差订正前后亮温变化的分布

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图 9 天顶角、云顶高度及分辨率与对应像素点处云位置偏差的联系

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图 10 不同分辨率下台风“玛莉亚”的位置与分辨率为4 km时观测得到的台风位置的对比（视差影响）

红线为FY-4A观测得到的云的轮廓。

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图 11 不同分辨率下台风“玛莉亚”的位置与分辨率为4 km时观测得到的台风位置的对比

其中绿线部分为FY-4A观测得到的云的轮廓，红色点为识别为有云的像素点的中心点。

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图 12 不同分辨率下高云的位置与分辨率为4 km时观测得到的高云位置的对比

绿线部分为FY-4A观测得到的云的轮廓，红色点为识别为有云的像素点的中心点。

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表 1 ATMS仪器通道设置情况介绍

通道	编号	中心频率/GHz	星下点分辨率/km
温度探测通道	1	23.80（低频窗区通道）	75
	2	31.40（低频窗区通道）	75
	3	50.30（低频窗区通道）	32
	4	51.76	32
	5	52.80	32
	6	53.59±0.12	32
	7	54.40	32
	8	54.94	32
	9	55.50	32
	10	f₀=57.29	32
	11	f₀±0.32±0.22	32
	12	f₀±0.32±0.05	32
	13	f₀±0.32±0.02	32
	14	f₀±0.32±0.01	32
	15	f₀±0.32±0.01	32
	16	88.20（高频窗区通道）	32
	17	165.50（高频窗区通道）	16
湿度探测通道	18	183.31±7.00	16
	19	183.31±4.50	16
	20	183.31±3.00	16
	21	183.31±1.80	16
	22	183.31±1.00	16

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