1 安徽省气象信息中心 强天气集合分析和预报重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国气象局沈阳大气环境研究所，辽宁 沈阳 110016
3 安徽省气象科学研究所，安徽 合肥 230031
4 中国科学技术大学 数学学院，安徽 合肥 230022
5 安徽建筑大学 环境与能源工程学院，安徽 合肥 230601
高光谱大气红外探测器(Atmospheric Infrared Sounder，AIRS)主要覆盖CO2和H2O吸收带光谱区.区别于CO2通道，H2O通道亮温偏差非高斯性较强.为了充分有效地利用AIRS通道光谱信息，本文采用两种新算法开展应用研究，一是基于变分同化后验估计－观测误差重估计重新估算光谱通道误差，以更好地“符合”光谱亮温对变分同化目标泛函的权值分配；二是将M—估计法(L2—估计、Huber—估计、Fair—估计和Cauchy—估计)权重函数耦合到经典变分同化目标泛函中，得到广义变分同化目标泛函，使其具有非高斯性，其核心是在每次极小化迭代过程中重新估计观测项对目标泛函贡献率.在新算法研究基础上开展高光谱AIRS模拟亮温试验，结果表明观测误差重估计和Huber—估计广义变分同化AIRS资料效果优于经典变分同化.并基于信号自由度(Degrees of freedom for signal，DFS)开展观测资料对分析场影响诊断，得到该两种方法在同化过程中能够提高H2O通道亮温使用的信息量.通过对文中算法(观测误差重估计和Huber—估计)得到的分析场与探空资料温度场对比分析，得到Huber－估计广义尺度设定为1.345 K时效果最好，整体误差最小，2.5K次之，且观测误差重估计也优于经典变分同化结果.200~750 hPa效果较为显著，基于Huber－估计广义同化在对流层顶表面和周围(80~200 hPa)温度反演小于2 K.研究结果可为我国风云四号A星和风云三号D星高光谱资料变分同化提供新的方法思路和技术支撑.
高光谱 非高斯 广义变分同化 观测误差重估计 信号自由度 hyper-spectral non-gaussian generalized variational assimilation observation error re-estimation degrees of freedom for signal 红外与毫米波学报
2019, 38(4): 04464
1 中国电力科学研究院新能源与储能运行控制国家重点实验室, 北京 100192
2 安徽省气象信息中心安徽省大气科学与卫星遥感重点实验室, 安徽合肥 230031
3 中国气象局沈阳大气环境研究所, 辽宁 沈阳 110016
结合经典变分同化和正则化约束两者的优点, 对多正则化参数约束变分同化方法进行了研究。与经典变分同化中背景和观测项对目标泛函等权重不同, 正则化约束对观测项权重进行调节, 并在正则化参数优化时基于Huber—估计法给定权重函数。高光谱大气红外探测器(Atmospheric Infrared Sounder, AIRS)水汽通道模拟亮温试验表明, 本文的变分法同化AIRS亮温资料比经典变分同化法的效果更好。基于信号自由度诊断了观测资料对分析场的影响, 结果表明本文的方法能够有效挖掘水汽通道的亮温信息。
变分同化 正则化约束 Huber—估计 信号自由度 variational assimilation AIRS AIRS regularization constraint Huber-estimator degree of freedom for signal
