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基于双向机载微波辐射计所测资料反演云中液态水的方法研究

作　者: 陈达军
导　师: 肖稳安；雷恒池
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 大气物理学与大气环境
关键词: 机载微波辐射计层析成像云模型 LSQR算法
分类号: P426.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

云中液态水含量一直是多种学科和业务中一个极其重要的量,尤其是在人工影响天气领域,云中云水含量及过冷水条件是决定可播性的先决条件。2001年中国科学院大气物理研究所与吉林省人工影响办公室合作,委托中国科学院长春分院地理所研制了机载对空单天线微波辐射计并用其对云系进行探测,对所得数据用统计反演方法进行反演,得到了积分路径上的液态水含量值。在此基础上,拟对机载微波辐射计进行升级,将垂直向单天线变为前后各45度仰角的双天线,应用层析观测成像方法,对目标云系进行交替扫角观测,并对取得数据分两步进行反演。第一步根据单天线探测原理求得双向探测的每一条射线上的云液水总量,第二步对目标云系进行网格化,根据各次测量路径上液水总量和分量关系列出线性方程组,应用正交分解最小二乘法(LSQR)进行求解,从而得到云中垂直剖面的二维云液水空间分布。本文作为该项工作的重要组成部分,讨论在路径云液水总量已知的条件下,这种双向探测的反演方法,并对各种模拟构建的云液水分布做反演的数值模拟试验。数值模拟实验结果表明,该方法可获得云系中的云液水的二维空间分布;对于给定大小的目标云系,反演误差与分辨率、云中最大液水量、测量次数和噪声有关;对一块高度、宽度约为7000米、云中最大液水含量为1.2g/m~3的单中心状目标云系进行测量,以分辨率为600米对目标云系网格划分,微波辐射计测量次数为199,在测量最大噪声为5.0g/m~3的条件下,最大相对误差为11.9%,均方根误差为0.014g/m~3。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
第一章引言  10-20
  1.1 探测云中液态水含量的重要意义及方法  10-12
  1.2 国内外对空微波辐射计探测大气液水的历史及现状  12-17
    1.2.1 国外对空微波辐射计探测大气液水的进展  12-14
    1.2.2 国内对空微波辐射计探测大气液水的进展  14-16
    1.2.3 机载微波辐射计遥感应用  16-17
  1.3 研究目的和方法  17-20
第二章仪器介绍和观测原理  20-25
  2.1 仪器介绍  20-21
  2.2 观测原理  21-25
    2.2.1 CT成像原理  21-23
    2.2.2 观测原理  23-25
第三章云系特征和云模型的构造  25-27
  3.1 云系特征  25
  3.2 云模型的构造  25-27
第四章反演方法  27-38
  4.1 反演方法的步骤  27-31
    4.1.1 数据采集  28-29
    4.1.2 建立模型  29-30
    4.1.3 正演计算  30-31
    4.1.4 建立方程组  31
    4.1.5 反演求解  31
  4.2 线性方程组的求解  31-38
    4.2.1 代数迭代法(ART—Algebraic Reconstruction Technique)  32-33
    4.2.2 同时迭代重建法(SIRT—Simulanneous Iterative Reconstraction)  33-34
    4.2.3 LSQR法  34-38
第五章模拟实验  38-54
  5.1 适用性模拟实验  38-47
    5.1.1 模拟一(单中心状云)  38-40
    5.1.2 模拟二(双中心状云)  40-41
    5.1.3 模拟三(随机状云)  41-42
    5.1.4 模拟四(层状云)  42-45
    5.1.5 模拟五(液水含量最大值为2.0g／m3)  45-46
    5.1.6 模拟六(液水含量最大值为4.0g／m3)  46-47
  5.2 误差分析实验  47-49
  5.3 影响反演准确率的因素  49-52
    5.3.1 分辨率和反演准确率间的模拟实验(单中心状云)  49-50
    5.3.2 噪声、测量次数、均方根误差三者间关系的模拟实验(单中心状云)  50
    5.3.3 测量次数、网格个数、均方根误差三者间关系的模拟实验(单中心状云)  50-51
    5.3.4 反演准确率、液态水含量最大值、测量次数关系的模拟实验(单中心状云)  51-52
  5.4 模拟个例  52-54
第六章结论和展望  54-57
致谢  57-58
参考文献  58-61

基于双向机载微波辐射计所测资料反演云中液态水的方法研究

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