數(shù)據(jù)反演 高光譜數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析、反演

云宏觀物理特性（如云相態(tài)、云頂高度、云底高度）的精確反演對(duì)天氣監(jiān)測(cè)和氣候研究至關(guān)重要。衛(wèi)星遙感技術(shù)是獲取云宏觀物理特性的最主要手段，基于衛(wèi)星成像儀的反演方法通常依賴再分析數(shù)據(jù)（如ERA-5）提供的氣象場(chǎng)數(shù)據(jù)。中國(guó)新一代靜止氣象衛(wèi)星風(fēng)云四號(hào)A（FY-4A）搭載的*地球靜止輻射成像儀（AGRI）和地球靜止干涉式紅外探測(cè)儀（GIIRS），兩者可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同觀測(cè)，為近實(shí)時(shí)、全天時(shí)的云特性反演提供了新機(jī)遇。

將AGRI的紅外通道觀測(cè)數(shù)據(jù)與GIIRS的輻射強(qiáng)度結(jié)合，通過(guò)“云清除”技術(shù)在部分云覆蓋區(qū)域仍能提取有效大氣溫、濕度廓線信息，替代傳統(tǒng)ERA-5再分析數(shù)據(jù)，進(jìn)而單純使用衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的云物理特性反演。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，引入GIIRS數(shù)據(jù)后，模型精度顯著提升。在獨(dú)立測(cè)試集上，AGRI+GIIRS組合模型的反演精度全面優(yōu)于傳統(tǒng)方法：云相態(tài)分類準(zhǔn)確率達(dá)89.05%，較僅用AGRI數(shù)據(jù)提升1.5%（圖1）；增加氣象場(chǎng)或GIIRS晴空輻射強(qiáng)度能夠有效改善冰云識(shí)別準(zhǔn)確率。云頂高度（CTH）與云底高度（CBH）的均方根誤差（RMSE）分別為2.39 km和2.27 km（圖2）。使用AGRI和GIIRS數(shù)據(jù)的模型在CTH和CBH的反演上表現(xiàn)出較高的準(zhǔn)確性，優(yōu)于僅使用AGRI數(shù)據(jù)的模型。

圖1. 云相態(tài)分類模型的結(jié)果（a）僅使用AGRI觀測(cè)建模，（b）AGRI觀測(cè)結(jié)合ERA-5大氣溫濕廓線建模和（c）AGRI觀測(cè)結(jié)合GIIRS等效晴空輻射建模。

圖2. DNN模型反演的云頂高度（a-c）、云底高度（d-f）散點(diǎn)密度圖，其中顏色對(duì)應(yīng)散點(diǎn)出現(xiàn)頻率；三列分別代表僅使用AGRI觀測(cè)建模（a, d），AGRI觀測(cè)結(jié)合ERA-5大氣溫濕廓線建模（b, e）和AGRI觀測(cè)結(jié)合GIIRS等效晴空輻射建模（c, f）。

 GIIRS數(shù)據(jù)的引入不僅使反演模型在反演精度上接近引入ERA-5數(shù)據(jù)模型的精度，且具備近實(shí)時(shí)性優(yōu)勢(shì)——GIIRS每2小時(shí)實(shí)現(xiàn)一次觀測(cè)。這一研究使得靜止衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)全天時(shí)、高時(shí)效的云宏觀物理特性監(jiān)測(cè)，為臺(tái)風(fēng)預(yù)警和強(qiáng)對(duì)流天氣跟蹤提供關(guān)鍵支持。

該研究是將靜止衛(wèi)星成像儀與高光譜探測(cè)儀協(xié)同用于云特性反演。