南京信息工程大学 气象灾害预报预警与评估协同创新中心，江苏 南京 210044
FY-3E/HIRAS-II作为世界上第一个晨昏轨道的星载红外高光谱仪器，评估其观测资料质量对提高资料同化分析场和全球数值天气预报精度具有十分重要的作用。本文基于2021年12月-2022年1月及2022年3月共35天的HIRAS-II观测，采用新息增量法检验了其在轨辐射观测资料质量，按陆地和洋面分别统计了O-B偏差和标准差的分布特征；进一步匹配相同时间段、相同区域的MetOp-B/IASI观测资料，使用双重差异的O-B法分析了HIRAS-II观测资料质量，可消除偏差中辐射传输模式模拟的影响。结果表明，不论海洋还是陆地，HIRAS-II长波与中波大部分通道的O-B平均偏差均小于0.5 K、标准差在1 K以内，陆地上标准差比洋面偏大（尤其是窗区通道）。664~665 cm-1 CO2吸收带和1 300~1 680 cm-1 水汽吸收带，由于再分析资料的偏差引起RTTOV模拟的辐射值存在系统性误差，使得偏差较大；980~1 080 cm-1 O3吸收带和1 300 cm-1 CH4吸收带附近较大的偏差是由于辐射传输模式RTTOV中吸收气体浓度采用固定的气候廓线值造成的，这些波段与MetOp-B/IASI相比的double O-B偏差均趋近于0 K，说明O-B偏差主要是由于辐射传输模式模拟误差造成的，而不是仪器观测的质量低。短波大部分通道的O-B平均偏差在2 K~2 K之间，标准差在2 K以内。1 920 cm-1附近通道由于是仪器中波与短波的交界处，采用的探测器不同造成较大的O-B偏差。2 267~2 380 cm-1较大的偏差是由于RTTOV模拟亮温时没有考虑非局地热力平衡NLTE效应的影响。波数大于2 400 cm-1的短波波段由于太阳污染使得偏差和标准差都逐渐增大。HIRAS-II O-B偏差随扫描角存在不对称现象，使用时需要进行扫描角偏差订正。
FY-3E/HIRAS-II RTTOV 新息增量法 观测质量评估 FY-3E/HIRAS-II RTTOV innovation vector method evaluation of observation quality
南京信息工程大学 气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心，江苏 南京 210044
星载红外高光谱垂直探测仪GIIRS （Geostationary Interferometric Infrared Sounder）能够实现大气温度和湿度参数高垂直分辨率的观测，为数值天气预报提供精度更高的初始场。基于GIIRS观测辐射值采用BP神经网络（Back Propagation Neural Network）法和深度学习的卷积神经网络（Convolutional Neural Networks, CNN）法反演大气温度、湿度垂直廓线，重点在于CNN法模型的构建与参数的优化，得到反演精度最高的网络模型配置。将训练样本根据不同地表类型和是否有云的影响分为三种方案（方案一：不分类、方案二：陆地/洋面分类、方案三：晴空/有云分类），分别进行建模、反演和检验。结果表明两种反演算法都有较好的反演精度，相对而言CNN法在所有高度层上反演偏差、均方根误差和平均相对误差均较小，反演精度更高。CNN法温度反演在高层10~200 hPa改进较大，三种分类方案改进的最大值分别为1.15 K、1.06 K和1.02 K；湿度反演在对流层低层500~1000 hPa改进较大，三种分类方案分别平均改进了0.43 g/kg、0.41 g/kg和0.34 g/kg。BP神经网络法方案三时（即分晴空和云时）温度和水汽混合比廓线反演精度最好；CNN算法方案一时（即不对样本数据进行任何分类）反演精度最高。
GIIRS 大气温湿度廓线 BP神经网络 卷积神经网络 反演 GIIRS (Geostationary Interferometric Infrared Sounder) atmospheric temperature and humidity profile BP neural network CNN (Convolutional Neural Networks) retrieval 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210707
南京信息工程大学 气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心，江苏 南京 210044
评估星载红外高光谱仪器观测资料的质量可以推进其在数值天气预报中的应用。使用2020 年 7 月 FY-4A 红外高光谱干涉式大气垂直探测仪 (Geostationary Interferometric Infrared Sounder, GIIRS)观测数据，分析GIIRS所有通道观测噪声随视场和纬度的变化、偏差 (观测亮温与辐射传输模式模拟亮温的差) 随时间、视场、纬度和天顶角的分布来评估 GIIRS 观测资料质量。研究结果表明：波段727.5~733.8 cm−1、1107.5~1130 cm−1和1650~1776.9 cm−1的观测噪声超出仪器灵敏度设计指标，且这些通道的偏差和偏差标准差明显大于其他通道；除了长波观测噪声大的通道外，其余通道噪声等效温差NEdT在32×4阵列上均呈“中间小，两边大”的特征，且NEdT的分布不随纬度带和FOR阵列而改变，在进行GIIRS资料同化或变分反演时，其观测误差只用考虑不同通道在32×4阵列内的NEdT分布；由于数值预报模式的地表温度在白天时值偏低，使得模拟辐射量偏低，造成偏差绝对值减小，使偏差有明显的日变化；中波通道偏差特征基本不随32×4面阵的列而改变，主要与阵列中的行有关，在中波通道进行偏差订正时可以针对32×4面阵中行开展，基本不需要纬度带和卫星天顶角的订正。
红外高光谱大气探测仪 噪声等效温差 偏差 Geostationary Interferometric Infrared Sounder (GIIRS) NEdT bias characteristics 红外与激光工程
2022, 51(9): 20210838
南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心, 中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室, 江苏 南京 210044
利用2014 年8 月1 至16 日AMSR-2 一个观测周期的资料详细分析了日本、中国及周边地区陆地上7.3 GHz 观测，研究结果表明：日本7.3 GHz 通道无线电频率干扰主要来源于视场反射的静止电视/通信卫星下发信号。除7.3 GHz外,日本6.9 GHz 和10.65 GHz 也存在无线电频率干扰(RFI)影响，主要来自长期稳定的离散地面固定源。越南全境内每天不论是升轨还是降轨7.3 GHz 都观测到很强的RFI。中国主要是7.3 GHz 和10.65 GHz 通道观测受污染，这两个频率受RFI 影响的地域与中国地基雷达站点分布吻合一致。a
遥感 卫星 星载微波辐射计 无线电频率干扰 激光与光电子学进展
2016, 53(2): 022802
南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心, 中国气象局气溶胶云降水重点开放实验室, 江苏 南京 210044
基于2011年6月1日至16日先进微波扫描辐射计(AMSR-E)的观测资料，采用改进的主成分分析算法，对欧洲陆地区域的无线电频率干扰(RFI)进行识别和分析。研究发现影响英国和意大利的X波段RFI源主要是稳定的、持续的地面主动源，而影响欧洲其他国家的RFI则主要是反射的静止电视卫星信号对星载微波被动传感器观测的干扰。源于静止电视卫星的RFI出现位置和强度随时间周期性变化，在欧洲陆地多出现在星载微波辐射计升轨观测上，降轨观测则几乎不受其干扰。RFI出现位置和强度与星载微波辐射计扫描方位角和观测视场相对静止电视卫星的方位有关，只有当星载微波辐射计视场扫描方位角大小与该视场相当于静止卫星发射方位角大小接近时该视场易受RFI影响。
探测器 先进微波扫描辐射计 无线电频率干扰 静止电视卫星
1 南京信息工程大学 遥感学院大气探测系,南京 210044
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 先进激光技术与应用系统实验室,上海 201800
使用单纵模355 nm激光作为发射光源,Fizeau干涉仪作为光谱鉴别设备,对条纹技术测风激光雷达进行了研究.对激光器频率抖动和Fizeau干涉仪光谱进行了分析,建立了条纹技术激光雷达系统,使用Fizeau干涉仪扫描的方法对系统进行了风速标定.利用研制的激光雷达系统对引入的参考光信号和大气后向散射信号进行同时测量,得到1.5 km以内的大气风速剖面.
多普勒测风激光雷达 条纹技术 Fizeau干涉仪 对流层风 Doppler wind lidar Fringe technique Fizeau interferometer Tropospheric wind
南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室， 江苏 南京 210044
介绍了在轨飞行的云和气溶胶探测星载激光雷达系统的原理和结构，该激光雷达能够探测全球范围内30 km以下的云和气溶胶的消光系数和退偏比。利用CALIPSO实测数据，对发生在华北的一次沙尘天气进行分析，得到了河北省内沙尘消光系数和退偏比分布。结果表明，由沙尘气溶胶导致的消光系数最大可以达到0.22/km；该次沙尘具有典型的层状结构，最可几层数为2，沙尘层的最大退偏比可以达到0.23。
星载激光雷达 沙尘气溶胶 消光系数 积分退偏比 spaceborne lidar dust aerosol extinction coefficient integrated depolarization ratio
南京信息工程大学江苏省气象灾害重点实验室, 江苏 南京 210044
将福卫三号星系计划(COSMIC)气象、电离层及气候卫星探测系统、大气红外探测器(AIRS)反演的大气温度和湿度廓线与时间、空间匹配的欧洲中心中期天气预报(ECMWF)、美国环境预报中心(NCEP)分析值和无线电探空观测值进行比较, 结果表明, COSMIC具有垂直分辨率高、全天候的观测特点, 反演的大气温度和湿度廓线相对于AIRS而言与无线电探空观测值更接近, 能提供大气廓线的更精细结构, 但受掩星事件发生时所能探测最低高度的限制, 不能得到该高度以下的大气信息。AIRS在晴空时大气温湿廓线反演精度较高, 但受云天的限制, 在云层以下, 反演精度就大大降低。
大气光学 反演 福卫三号星系计划 大气红外探测器
1 南京信息工程大学,遥感学院,江苏,南京,210044
2 University of Wisconsin,Madison WI,53705,USA
大气红外探测仪AIRS的核心是一个光栅光谱仪序列,2378个红外探测器分装在17个探测器序列上,本文以实例说明了由于探测器序列在视轴方向有偏移,即空间错误定位误差给AIRS的观测值带来的影响及其光谱分布特征,以及观测值误差对后继红外晴空订正和大气廓线反演的影响.建议以后在设计同类仪器时要避免探测器序列错误定位问题,或选用干涉式分光系统.
红外 高光谱 大气红外探测仪 定位误差
