基于风云气象卫星数据的多源海表温度融合与重构研究

Sea surface temperature (SST) can be detected by different kinds of monitoring sensors and observation platforms, but the SST data of them are quite different with various accuracy and distribution, thus the methods of multi-source sea surface temperature data fusion and reconstruction is urgently needed for acquiring the high quality SST product. The goal of this projectis focus on how to control the quality of these multi-source SST data and correct the bias in the remote sensing retrieval SST, then analyze the characteristics of the errors in each SST data and make a SST analysis system based on the SST data from the Fengyun (FY) satellites. There are three research contents, including: (1) to control the quality of multi-source SST products, and to correct the bias for the remote sensing retrieval SSTproducts from FY polar/geostationary satellites. (2) to evaluate the effects of the various correlation scales in SST analysis and their variations in different regions. (3) to analyze the characteristics of each SST analysis methods for SST analysis and the accuracy of each SST product. The study results can offer the theoretical and technological basis for the SST analysis product based on the FY satellite data.

海表温度的数据获取涉及多种传感器和平台的协同观测，而不同源的SST数据之间具有明显的差异性，迫切需要开展针对多源SST数据融合与重构研究，以获得高质量的SST产品。本项目拟通过对多源SST数据的质量控制以及风云卫星SST产品数据的偏差校正，深入分析各种不同SST数据源的误差大小和分布特征，开展多源SST数据融合与重构研究，构建针对风云卫星数据的SST分析体系。具体研究内容包括：（1）探究多源SST数据的有效质量控制方法，以及针对FY极轨/静止卫星SST产品的偏差校正方法；（2）研究不同形状的误差相关尺度对SST分析过程中的影响与作用，分析误差相关尺度在不同空间的变化与特征；（3）分析不同融合与重构方法在SST分析过程中的特点，以及对应得到SST分析产品的质量差异。研究成果可为生成基于国产FY数据的SST业务化分析产品提供方法基础。

针对多源海表温度融合分析中面临的关键问题，以风云气象卫星资料作为主要数据源，通过对海表温度站点观测数据的质量控制以及风云卫星海表温度反演产品的偏差校正，深入分析各海表温度数据源的误差大小和分布特征，进而实现多源海表温度数据的融合分析，以构建基于风云卫星数据的海表温度融合分析系统。基于此，本项目提出了引入气候态海表温度的分段误差回归偏差订正方法，建立一种普适性的卫星反演海表温度的偏差订正模型，并应用于FY-3C MWRI海表温度资料获得了明显优于传统PDF方法的订正效果；同时，针对海表温度融合分析过程中相关尺度引起关联区域的问题，提出一种更接近于海流分布特征的方向椭圆误差相关尺度方法，有效提高了基于传统矩形误差相关尺度的融合分析精度；此外，针对不同时次下海表温度观测误差和背景误差的动态变化对融合分析过程的权重分配问题，通过引入Kalman滤波分析方法，建立动态更新背景场误差和观测误差的海表温度融合分析模型，进一步提升了传统OI方法中采用固定观测误差与背景场误差的海表温度融合分析产品质量。本项目在执行过程中，发表论文4篇，其中SCI检索2篇，研制了近5年时间序列的全球非极区的海表温度融合分析产品，圆满完成了任务目标，达到了预期成果。在保证项目目标完成的情况下，开展了海表密集度产品的研制工作，引入海表密集度数据以提高高纬度与极地地区的海表温度产品质量，在国家气象信息中心的海表温度实况业务产品应用中取得了初步效果。