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风云四号静止气象卫星成像仪红外通道模拟仿真研究

作　者: 刘清华
导　师: 杨军
学　校: 中国气象科学研究院
专　业: 大气物理学与大气环境
关键词: 多通道扫描成像辐射计高光谱大气探测仪光谱匹配通道模拟
分类号: P414.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

中国下一代静止气象卫星——风云四号(FY-4)卫星的首发星计划于2015年发射,风云四号卫星计划搭载多通道扫描成像辐射计(AGRI),其成像通道共14个,包括六个可见光、短波红外通道(0.47,0.65,0.825,1.375,1.61和2.225μm),和八个红外通道(3.75,6.25,7.1,8.5,10.8,12.0和13.5μm)。FY-4卫星发射前的大量预研、分析工作表明——多通道扫描成像辐射计光谱和辐射特征的研究可以为成像仪通道设置和气象应用提供重要的支持。故本文开展了FY-4静止气象卫星多通道扫描成像辐射计红外通道的模拟仿真研究,且侧重于光谱基础上的辐射模拟。FY-4卫星红外通道的模拟仿真研究可为成像仪指标验证和评价;通道选择合理性评估;以及气象卫星数据反演提供重要的支持。本文采用基于光谱匹配的计算方法开展红外通道模拟仿真研究,该方法利用高光谱大气探测仪的实际观测数据来模拟气象卫星成像仪红外通道观测目标亮温,文中选用高光谱大气探测仪IASI的数据为高光谱数据源。为了验证通道模拟精度,本文首先进行了MTSAT-2卫星成像仪红外通道的模拟仿真试验,验证了本文所建立的红外通道模拟仿真方法的有效性;在此基础上,通过FY-2E卫星成像仪红外通道模拟数据与观测数据(GSICS定标,业务定标)的比较,进行了FY-2E卫星成像仪GSICS定标和业务定标的对比分析;最后,本文对第二代静止气象卫星FY-4卫星7个红外通道进行模拟仿真,并对FY-4卫星成像仪模拟数据进行了分析。论文共分五章,第一章介绍研究背景;第二章介绍了基本理论和方法;第三章和第四章是本文的重点;第五章总结了本项研究的主要结论,并提出了需要进一步探讨的问题。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章引言  8-16
  1.1 选题的目的和意义  8-10
  1.2 国内外研究进展  10-12
    1.2.1 基于辐射传输模型的计算方法  10-11
    1.2.2 基于光谱匹配的计算方法  11-12
  1.3 论文研究内容和方法  12-14
  1.4 论文的组织结构  14-16
第2章理论与方法  16-28
  2.1 高光谱通道  16-17
  2.2 宽波段通道  17-20
  2.3 通道补偿  20-22
    2.3.1 通道光谱响应函数的补偿  20-21
    2.3.2 通道辐射值的补偿  21-22
  2.4 宽波段通道像元的辐射值模拟  22-24
  2.5 辐射量和亮温的转换  24-25
  2.6 数据重采样  25
  2.7 通道模拟计算流程  25-28
第3章模拟计算试验  28-52
  3.1 MTSAT 系列卫星成像仪红外通道模拟  28-36
    3.1.1 MTSAT-2卫星成像仪通道模拟方案  28-30
    3.1.2 MTSAT-2卫星成像仪通道光谱匹配  30-33
    3.1.3 MTSAT-2卫星成像仪通道模拟  33-34
    3.1.4 MTSAT-2卫星通道模拟结果分析  34-36
  3.2 FY-2 系列卫星成像仪红外通道模拟  36-41
    3.2.1 FY2E卫星通道模拟方案  36
    3.2.2 FY-2E卫星成像仪通道光谱匹配  36-39
    3.2.3 FY-2E卫星通道模拟数据与业务定标、GSICS定标的观测数据的比较  39-40
    3.2.4 FY-2E卫星通道模拟结果分析  40-41
  3.3 FY-4 卫星红外通道模拟  41-50
    3.3.1 FY-4卫星成像仪通道模拟方案  41-42
    3.3.2 FY-4卫星红外通道光谱响应函数的构建  42-43
    3.3.3 FY-4卫星成像仪通道光谱匹配结果  43-47
    3.3.4 FY-4卫星通道模拟结果与分析  47-50
  3.4 小结  50-52
第4章 FY-4卫星红外通道典型目标特征分析  52-64
  4.1 水汽通道特征分析  52-54
  4.2 短波红外通道特征分析  54-56
  4.3 红外分裂窗通道特征分析  56-60
  4.4 CH11 通道特征分析  60
  4.5 CH14 通道特征分析  60-61
  4.6 小结  61-64
第5章结论及需要进一步探讨的问题  64-66
  5.1 全文总结及研究结论  64
  5.2 进一步探讨的问题  64-66
参考文献  66-70
致谢  70-72
附录1  72-92
附录2  92-102
个人简介  102

风云四号静止气象卫星成像仪红外通道模拟仿真研究

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