微波成像仪升降轨偏差订正方法研究

Microwave radiometer imager (MWRI) on board FengYun-3 (FY-3) Meteorological Satellite in China is regarded as one of the most important instruments for microwave radiometry. This study will correct the ascending-descending bias of FY-3 MWRI to improve its on-orbit calibration accuracy. Thus, reliable observations will be provided for further data assimilation in numerical weather predictions. .This study proposes a physical-based correction algorithm for MWRI calibration instead of traditional empirical correction. We will establish a relationship between the observed brightness temperature (TB) and the physical temperature of the hot load reflector at ascending and descending passes for all channels, following an analysis of cloud/precipitation screen and data quality control based on FY-3 MWRI specifications. Calibration accuracy will be verified with the vicarious cold calibration method. The algorithm proposed in this study will be used for post-launch calibrations of FY-3 MWRIs and will be beneficial to ongoing research and further instrument design.

微波成像仪是我国风云三号系列气象卫星重要微波遥感仪器之一。本项目基于风云三号微波成像仪定标方程分析风云三号微波成像仪在轨观测数据，提高微波成像仪在轨定标精度，为数值天气预报同化系统提供可靠观测资料。.从物理根源上解释并修正微波成像仪升降轨偏差是本项目的主要研究创新点。本研究针对风云三号微波成像仪自身频率和带宽设计筛选出晴空条件观测场景；对升轨和降轨两种情景分别进行讨论，通过建立观测亮温与热镜物理温度函数关系修正微波成像仪定标方程中的热镜发射率，达到订正升降轨偏差的目的；最后，利用最低亮温方法验证修正后的仪器定标精度。该研究将为我国风云三号气象卫星搭载的微波成像仪以及我国正在研制的各类型微波辐射计在轨定标算法研究和定标系统设计研发提供重要的理论依据和支持。

微波成像仪是我国风云三号系列气象卫星上搭载的重要微波遥感载荷之一。该仪器观测通道的升降轨观测资料与背景亮温（O-B）存在偏差，导致其观测资料无法用于数值天气预报和再分析系统。本研究提出了基于物理方法对微波成像仪进行定标校准，通过建立观测亮温和热镜反射率的关系去除由于在轨热镜发射估计不准而导致的定标偏差。校正了定标方程中的微波成像仪热镜发射率后，有效去除了升降轨偏差，偏差值从~2 K降低为0.2 K，对应的微波成像仪平均辐射亮温基本不变。同时，通过微波辐射传输计算得到的海面最低亮温作为在轨定标目标源，分析了仪器观测资料的海面最低亮温与计算最低亮温值，验证了风云三号微波成像仪定标方法有效性，并与同类型微波成像仪交叉比较，修正了风云三号微波成像仪在轨定标精度随扫描时间和轨道的变化。本研究将为我国风云三号气象卫星搭载的微波成像仪以及正在研制的微波辐射计的在轨定标算法研究和系统设计改善奠定基础。