风云卫星毫米波大气湿度探测仪在轨月球相对定标

The accuracy of atmospheric radiation sounding data is critical to NWP assimilation. In order to improve the calibration accuracy, especially to solve the problem introduced by water vapor absorption during the use of O-B method to correct observation bias, taking the moon view data as a radiation reference, the moon calibration methodology is conducted. After approaching the semi-physical simulation for microwave atmospheric sounding channels, the sub-pixel calculations technique associated with antenna radiation response, and the breakthrough of the satellite calibration curve bridging and precision calibration under single radiosonde, the on-orbit radiometric calibration model for atmospheric absorption channels, as well as the channel nonlinearity monitoring method, could be finally established. Relying on microwave radiometric calibration site of remote sensing satellite, we can make the precision radiation correction for Bridging calibration curve. By using of the technique of O-B difference analysis and relative inter-calibration, we will make an effect inspection of the calibration by the Moon view data. And that will make a scientific support to microwave sounding radiance data assimilation applications and instruments improvement.

围绕数值天气预报对高精度卫星探测数据定量化应用的紧迫需求，针对目前国际上星载毫米波湿度探测仪偏差较大的共性技术问题，引入月球观测数据做为新的辐射参考, 解决毫米波大气湿度探测通道半物理仿真、关联通道天馈系统耦合计算等技术难题, 借助吸收通道之间内在物理约束，突破星地系统辐射响应桥接（Bridging）、单点探空精校准等关键技术，研究载荷在轨性能变化规律、揭示产生机理、形成载荷辐射响应特性在轨监测方法、建立大气水汽吸收通道在轨相对辐射定标模型。项目提出的基于月球开展相对辐射定标的思想完全克服了地气系统水汽吸收对提高载荷在轨定标精度的制约，解决了传统观测-背景差法(O-B)无法有效用于水汽探测通道资料同化应用偏差分析的难题。项目成果直接支撑了探测资料同化应用，同时不仅可提高对仪器非线性变化机理的认识，支撑未来国产星载毫米波大气探测仪设计改进，而且可以直接用于改进气象卫星现有的在轨业务定标方法。

本课题针对国产卫星风云三号微波湿度探测仪在同化应用中遇到的辐射偏差较大的技术问题，引入载荷在轨特定地月条件下获取到的月球观测数据做为新的辐射定标参考, 通过风云三号微波湿度计通道半物理仿真、关联通道天馈系统耦合计算等, 借助微波水汽吸收通道之间内在的物理约束，将发射前真空试验和在轨辐射计低端辐射响应桥接起来，得到辐射计系统宽动态辐射响应，通过普洱微波外定标单点探空精校准，分析得到了载荷在轨性能变化监测模型。研究结果表明，微波湿度计通道原有辐射偏差可进一步分离出载荷天馈系统因设计差异（边带位置、带宽、微波器件、天馈系统特性等）产生的故有偏差，从而减小了同化应用中通道辐射偏差的不确定性。课题成果可用于载荷辐射响应特性在轨监测，以及湿度计在轨大气水汽吸收通道间的相对辐射定标。课题形成风云三号微波湿度计月球观测基础数据集，得到的基于月球观测数据完成的通道间相对辐射定标模型，克服了地气系统水汽吸收对提高载荷在轨定标精度的制约，弥补了O-B对于水汽探测通道资料同化应用偏差分析的不足，同时还可以直接用于改进风云三号微波湿度计现有的在轨业务定标方法。在基金资助下课题已申请技术专利一项“一种基于月球观测的微波水汽吸收通道交叉定标方法”；发表论文2篇；相关成果支撑了“气象卫星微波大气遥感”专著第八章。