机载双天线微波辐射计层析反演算法的改进及外场观测试验

云中液态水含量及其空间分布是一个极为重要的物理量。为获得较高空间分辨率的云液水分布，本课题的申请者已基于Tikhonov正则化方法开发出一套适用于机载双天线微波辐射计层析反演云液水空间分布的算法。该算法存在一定的局限性，如正则项对云液水分布的人为影响，最优正则参数的搜索存在不确定性，优化算法对低频误差的收敛速度较低等，这些局限性限制了其在实际中的应用。为解决这些问题，本课题拟借鉴序列三维变分同化（S3DVAR）的思路，在原算法的基础之上建立基于多网格分析（Multigrid）的新的反演算法；在条件允许情况下，进行外场试验，并通过设计并实施合理的外场观测方案，将机载双天线微波辐射计的层析反演值与单天线微波辐射计的统计反演值、机载液态含水量仪和云粒子探测系统的实测值以及X波段雷达扫描数据进行对比分析，考察反演方法的精度以及适用范围，验证数值模拟试验的结论。

云中液态水含量及其空间分布是一个极为重要的物理量。为提高微波辐射计遥感云液水分布的空间分辨率，中科院大气物理研究所研制出机载双天线微波辐射计，并初步发展了一套云层析反演算法。但是该算法反演精度低，收敛速度慢，无法满足实际应用的需要。本项目的目标是：将多网格技术应用于已有的层析反演算法，通过数值模拟试验，估计新算法的反演精度；在条件允许的情况下进行外场观测。在研究过程中发现，影响层析反演精度的主要因素是垂直方向信息量不足。因此，我们提出了多层探测方案，数值模拟试验表明，即使只增加一层探测，反演精度也可以提高1.4%-13.1%，反演图像的形变程度明显降低。此外，多层探测方案也可以有效解决层析中的时间限制问题，提高层析法的适用范围。根据微波层析的特殊性，我们选择多网格技术中的Half-V cycle（HV）算法应用于云层析。数值模拟试验表明，HV算法可以有效减轻非线性迭代算法中的光滑特性，在保持反演精度不变的前提下，将反演时间缩短89%-96.9%。对于目前可行的双层探测方案，反演时间从407s下降到13s。此外，我们进行了机载双天线微波辐射计室内外温度修正试验。经过温度修正的辐射计的探测亮温基本不受接收机内温度的影响，可以适应飞行观测过程中剧烈变化的环境温度。