基于风云三号系列卫星微波湿度计系统响应特性的的亮温定标一致性研究

Long term of data from FY-3 series satellites will be benefitted to some applications, such as numerical weather forecast and climate studies, which demand good data-quality and excellent consistency on the sensor's calibration. Due to the different time of the satellites' manufacture and launch, the sensors performances, calibration targets and processing methods was some different, which would lead to different errors in the measurements or products. If there are no further assessments or corrections on those errors, they will bring to different application results, even wrong conclusions from different users. Therefore the new idea or innovation of this application is that the system output voltages at a scanning period of FY-3 MWHS are used for evaluating the accuracy of the radiative transfer model (RTM), which will be used as a reference for adjusting the system non-linearity parameters, and a inter-satellite calibration model is developed combining those nonlinearities with instrument temperatures of all sensors, which will greatly reduce the uncertainties in the calculations by RTM and in recalibrated brightness temperatures (TB) of MWHS. In addition, the calibration biases in the products of TB and RTM will be removed by combining the cosmic background temperature of 2.7 K and the trends (nonlinearities) of each channels of MWHS during the in-orbit lifetime, which will finally produce re-calibrated consistent database for users related.

风云三号卫星（已经发射FY-3A、3B、3C星）长时间序列数据的质量对于气象预报模式、气候现象研究等应用至关重要。尤其是对于长时间序列现象的分析，对于不同卫星数据定标的一致性要求非常高。由于这些卫星的研制和发射是分别进行的，不同卫星载荷、定标基准和处理方法不尽相同，所以可能导致不同卫星数据之间的误差特性是不同的，因此这些误差如果不进行一致性评估和修正，就会传递到应用的效果中，可能导致不同的结果甚至错误的结论。因此本项目技术路线/创新点是：直接通过利用不同FY-3卫星微波湿度计在一个定标周期（2.667s）的系统响应特性（电压），分析辐射传输模型的有效性，从而建立长时间序列的新型星星交叉定标模式，避免模拟亮温带来的定标偏差的不确定性；并利用冷空亮温的不变性，结合系统非线性特征，形成卫星数据的共同基准，进而形成一致的观测数据集。本文的方法可以实现对观测数据和辐射传输模型的同时定标。

FY-3卫星长期的微波湿度计历史数据对天气和气候研究都是至关重要的数据资料，这些应用对载荷的数据质量和定标一致性提出很高的要求。由于不同FY-3卫星微波探测仪的生产时间和发射时间、性能和定标基准和处理方法等是不同的，其在测量结果和产品中可能导致的误差是不同的。如果没有对这些误差的进一步评估和校正，其在应用中可能产生不同的结果，甚至导致一些用户对于全球气候变化趋势研究的结果可能出现错误的。所以为了获得稳定的长时间序列历史数据集，需要利用一致性的定标方法和定标基准对全部载荷的历史数据进行再定标，确定再定标结果的稳定性和定标精度。.本项目通过分析不同卫星的系统响应特性，结合微波辐射传输模式的计算，确定测量电压随场景亮温的变化特征，分析系统响应的时空变化特征，建立再定标模型；进而利用微波湿度计定标中冷空基准的不变性，发展了基于冷空不变性的定标方法，重新从各个载荷的发射前定标数据中提取新的再定标系数，用于FY-3卫星微波湿度计历史数据进行再定标，形成一致的再定标历史数据集。