利用微波辐射计组网探测对流层水汽三维空间分布的方法研究

水汽在各种天气过程中扮演着十分重要的角色，但是目前有效实时监测水汽三维空间分布的方法非常缺乏。GPS/MET站网结合层析技术可以反演区域水汽三维空间分布，相比于GPS/MET，微波辐射计在数据采集方面更具有优势。本项目从原理上去研究利用微波辐射计组网观测，结合层析技术反演区域水汽三维空间分布的可能性。项目将利用数值模拟计算的方法，寻找最优的组网方式和观测方位角、仰角组合，并考虑测量误差对三维水汽场反演结果的影响，进而提出一套微波辐射计组网、观测和反演的方案，实现高时空分辨率对流层三维水汽场监测。并通过开展短期综合试验，结合各种探测资料进行综合分析，对三维水汽场的反演方法进行验证。

本课题主要完成以下五部分内容：(1)利用近5年的香港探空资料，结合MONORTM辐射传输模式，正演相应的35个通道亮温，使用主成分分析加逐步回归方法建立了大气廓线反演模型并进行了验证，结果显示反演的大气廓线能较好地反映其大气状况的变化。(2)将探空、GPS与微波辐射计测量水汽总量的进行对比，考察已建立的方法在水汽总量反演上是否更准确，结果表明三者具有较好的一致性。(3)进行了亮温差方法的数学推论和模拟试验，数值模拟结果表明该方法具有提高低层温度探测准确度的能力。(4)探讨了两种不同的方法反演三维的水汽分布，分别是利用水汽通道亮温反映大气柱水汽总量分布和反演不同仰角水汽廓线得到水汽的三维空间分布，模拟和实测资料验证表明，两种方法均能较好反演水汽的三维空间分布。(5)进一步利用微波辐射计反演的水汽廓线分析了广州地区一次典型灰霾天气过程，取得了灰霾天气过程大气环境特征及其成因的新认识。