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Consistency Assessment of the Winds in Reanalysis Datasets and the GIIRS Product Using Radiosondes
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作者 Yue LIU Di DI +5 位作者 Jun LI Zhenglong LI Zheng MA Jing ZHENG Yan-An LIU Tao ZHANG 《Advances in Atmospheric Sciences》 2025年第9期1914-1930,共17页
Accurate three-dimensional(3D)wind products are crucial for weather and climate research.Besides analysis/reanalysis datasets,measurements from the geostationary hyperspectral infrared sounder provide another independ... Accurate three-dimensional(3D)wind products are crucial for weather and climate research.Besides analysis/reanalysis datasets,measurements from the geostationary hyperspectral infrared sounder provide another independent source for obtaining 3D wind profiles at high temporal resolution.In this study,an assessment of the 3D wind product retrieved from Geostationary Interferometric Infrared Sounder(GIIRS)observations,along with several typical reanalysis/analysis datasets from representative centers(e.g.,ERA5,CRA-40,MERRA-2,JRA-55 and ART)is conducted,using the independent wind profile observations from the radiosonde network as the truth.It is found that selection of spatial matching thresholds is crucial for objective and reliable evaluation,and homogeneity scene selection aids in reducing inconsistencies between assessed wind data and radiosonde measurements.Reanalysis/analysis datasets show good accuracy between 300 and 900 hPa,but they reveal larger errors near the planetary boundary layer and above 300 hPa.Moreover,wind speed and direction errors are dependent on wind speed,with positive biases dominating at lower wind speeds and shifting towards negative biases as wind speed increases.The ART analysis and ERA5 reanalysis datasets demonstrate the best overall quality,while JRA-55,CRA-40,and MERRA-2 exhibit inferior performance.GIIRS-derived winds perform comparably to other datasets at low wind speeds but show degraded accuracy at higher wind speeds.ART and ERA5 exhibit relatively stable quality across varying weather stability conditions compared to other wind products. 展开更多
关键词 wind assessment RADIOSONDE REANALYSIS giirs
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Impact of Assimilation of FY-4A GIIRS Three-Dimensional Horizontal Wind Observations on Typhoon Forecasts
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作者 Hao WANG Wei HAN +2 位作者 Jun LI Hao CHEN Ruoying YIN 《Advances in Atmospheric Sciences》 2025年第3期467-485,共19页
Measurements from a hyperspectral infrared(HIR) sounder onboard a satellite in geostationary orbit not only provide atmospheric thermodynamic information,but also can be used to infer dynamic information with high tem... Measurements from a hyperspectral infrared(HIR) sounder onboard a satellite in geostationary orbit not only provide atmospheric thermodynamic information,but also can be used to infer dynamic information with high temporal resolution.Radiance measurements from the Geostationary Interferometric Infrared Sounder(GIIRS),obtained with 15-min temporal resolution during Typhoon Maria(2018) and 30-min temporal resolution during Typhoon Lekima(2019),were used to derive three-dimensional(3D) horizontal winds by tracking the motion of atmospheric moisture.This work focused on the impact of assimilation of 3D winds on typhoon analyses and forecasts using the operational NWP model of the China Meteorological Administration(CMA-MESO),and improved understanding of the potential benefits of assimilating dynamic information from geostationary sounder data with higher temporal resolution.The standard deviation of the observations minus simulations revealed that the accuracy of the derived 3D winds with 15-min resolution was higher than that of derived winds with 30-min resolution.Experiments showed that the assimilation system can effectively absorb the information of the derived 3D winds,and that dynamic information from clear-sky areas can be transferred to typhoon areas.In typhoon prediction,assimilation of the derived 3D winds had greatest influence on the typhoon track,and less influence on the maximum wind speed.Assimilation of the derived 3D winds reduced the average track error by 17.4% for Typhoon Maria(2018) and by 3.5% for Typhoon Lekima(2019) during their entire 36-h forecasts initiated at different times.Assimilation of GIIRS dynamic information can substantially improve forecasts of heavy precipitation by CMAMESO.Results indicate that the assimilation of dynamic information from high-temporal-resolution geostationary HIR sounder data adds value for improved numerical weather prediction. 展开更多
关键词 giirs 3D horizontal winds TYPHOON CMA-MESO
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FY-4A星GIIRS大气温度廓线反演模拟试验研究 被引量:14
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作者 鲍艳松 汪自军 +3 位作者 陈强 周爱明 董瑶海 闵锦忠 《上海航天》 CSCD 2017年第4期28-37,共10页
结合全球大气晴空训练样本(CIMSS)数据,利用辐射传输模式,模拟获得干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)亮温资料,结合人工神经网络反演方法,研究了风云四号(FY-4)卫星高光谱红外载荷大气温度反演方法,并研制了全圆盘和中国区域两套大气温度反... 结合全球大气晴空训练样本(CIMSS)数据,利用辐射传输模式,模拟获得干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)亮温资料,结合人工神经网络反演方法,研究了风云四号(FY-4)卫星高光谱红外载荷大气温度反演方法,并研制了全圆盘和中国区域两套大气温度反演模型。反演试验结果表明:对流层大气温度反演精度明显高于平流层,以中国区域反演模型为例,对流层和平流层大气温度反演均方根误差(RMSE)分别为0.846,2.020K,平均误差分别为-0.003,0.024K;比较中国区域和全圆盘大气温度廓线反演精度,中国区域大气温度精度明显高于全圆盘,0~70km处大气温度反演的均方根误差分别为1.922,2.630K;与欧洲极轨卫星(Metop-A)IASI数据的温度廓线反演结果比较,FY-4A星GIIRS的温度反演精度在低层(>500hPa)(RMSE=0.790 K)优于IASI(RMSE=0.976K),在高层(<500hPa)(RMSE=1.803K)低于IASI(RMSE=0.899K)。研究对FY-4卫星GIIRS的大气温度廓线反演及其应用有重要的参考价值。 展开更多
关键词 FY-4卫星 干涉式大气垂直探测仪(giirs) 神经网络 温度廓线 反演 对流层 平流层 中国区域 全圆盘
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面向资料同化的FY-4A卫星GIIRS探测仪偏差特征分析和偏差订正 被引量:4
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作者 刘娟娟 徐兰 +5 位作者 成巍 王斌 巩欣亚 邓中仁 李亚云 狄迪 《大气科学》 CSCD 北大核心 2022年第2期275-292,共18页
干涉式大气垂直探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,简称GIIRS)是国际上第一部对地静止卫星平台上的高光谱红外大气垂直探测仪,能为对流尺度区域模式预报提供所需的高时空和高光谱分辨率的大气状态信息。本文利用... 干涉式大气垂直探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,简称GIIRS)是国际上第一部对地静止卫星平台上的高光谱红外大气垂直探测仪,能为对流尺度区域模式预报提供所需的高时空和高光谱分辨率的大气状态信息。本文利用高分辨率区域模式WRF及其同化系统WRFDA对GIIRS观测的偏差(观测亮温减去模拟亮温,记为O-B)分布特征进行了全景分析,结果表明:长波通道O-B偏差和标准差普遍小于中波通道,且都存在一段受污染的通道。O-B偏差的日变化和偏差与卫星天顶角的关系相对较弱,而所有筛选通道的偏差都与亮温值及卫星的扫描阵列位置有关,偏差的水平分布主要表现出“阵列偏差”的特征。2020年重新定标后,GIIRS观测数据质量比2019年有明显提高。在此基础上进一步进行了偏差订正试验,试验发现选取扫描阵列作为偏差订正的主要因子,都能有效地改进2019年和2020年筛选出的GIIRS通道的偏差,订正后O-B和O-A的系统性误差(偏差)都变小。该研究结果可为全球/区域模式中同化GIIRS长波及中波通道的辐射资料提供参考。 展开更多
关键词 风云四号A星(FY-4A) 干涉式大气垂直探测仪(giirs) 偏差订正 卫星资料同化
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FY-4A GIIRS高时间分辨率温湿度廓线反演及其在台风中的应用 被引量:3
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作者 官莉 韩静 薛秋蒙 《气象科学》 北大核心 2023年第4期561-568,共8页
针对2020年第9号台风“美莎克”期间FY-4A高光谱红外干涉式大气垂直探测仪GIIRS每15 min一次的目标区跟踪加密观测资料,用三维卷积神经网络算法反演的全天空大气温度、湿度廓线分析了台风处于生命史不同阶段时暖心结构和湿度场结构的演... 针对2020年第9号台风“美莎克”期间FY-4A高光谱红外干涉式大气垂直探测仪GIIRS每15 min一次的目标区跟踪加密观测资料,用三维卷积神经网络算法反演的全天空大气温度、湿度廓线分析了台风处于生命史不同阶段时暖心结构和湿度场结构的演变特征。结果表明:卷积神经网络的深度机器学习算法可以用来反演全天空的三维大气温度和湿度垂直廓线,不光适用范围广(晴空和有云视场)、反演精度高,而且反演速度快。利用静止卫星平台高时间分辨率的特性,反演得到的温度、湿度廓线可以细致追踪台风处于发展、成熟和登陆等阶段时暖心结构和湿度场的时空演变特征。台风从发展阶段(热带风暴和强热带风暴)到成熟阶段至登陆消亡时,暖心首先出现在对流层中高层较薄的区域,随着台风强度的加强,深厚的暖心结构明显、强度增加,水平面积增大且垂直往下延伸。由于对流云中强上升气流的输送水汽正距平区逐渐上传至300 hPa,台风最强时密闭云区与四周下沉气流区比湿差高到8 K·kg^(-1)。暖心结构和高湿度中心随着台风登陆而逐渐消失。 展开更多
关键词 静止卫星 giirs 大气温湿度廓线反演 台风
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我国台风高发期东海和南海海区GIIRS/FY-4A温度反演廓线精度研究 被引量:8
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作者 黄艺伟 陈淑仪 +5 位作者 何敏 张蕾 赵兵科 刘琼 陈勇航 邬贤文 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2021年第2期277-288,共12页
基于欧洲中期天气预报中心再分析资料ERA5,对GIIRS/FY-4A温度反演廓线在我国台风高发期东海和南海海区的反演精度进行研究,结果表明:(1)东海海区,无云时GIIRS质量控制0的数据总体RMSE为1.71 K,150~450 hPa高度范围内RMSE小于1 K,450 hP... 基于欧洲中期天气预报中心再分析资料ERA5,对GIIRS/FY-4A温度反演廓线在我国台风高发期东海和南海海区的反演精度进行研究,结果表明:(1)东海海区,无云时GIIRS质量控制0的数据总体RMSE为1.71 K,150~450 hPa高度范围内RMSE小于1 K,450 hPa至近海面RMSE在2 K以内。质量控制1的数据反演精度低且随高度的增加误差增大;有云时,质量控制0和1的反演数据总体RMSE为4.72 K和5.55 K。(2)南海海区,无云时,质量控制0的数据总体RMSE为1.67 K,150~800 hPa范围内RMSE小于1 K,反演精度较东海海区略高。质量控制1的数据RMSE为5.07 K。有云时,质量控制0和1的数据RMSE为6.68 K和7.56 K。(3)随着台风“利奇马”等级加强直至最大等级(海上发展阶段),GIIRS可信度较高的反演数据量呈现下降趋势,反演台风周边热力结构存在诸多不确定性,需要借助其他资料进行验证。 展开更多
关键词 温度廓线 giirs/FY-4A ERA5 精度
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FY-4A GIIRS数据探测大气水汽和臭氧的垂直空间特性评估 被引量:3
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作者 宋慈 尹球 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期539-546,共8页
红外高光谱大气垂直探测仪数据的垂直空间特性由探测仪光谱性能指标间接决定,并与所关注的大气参数及其变化有并。本文在剔除大气参数探测信噪比过低的无效通道的基础上,针对FY-4A卫星红外高光谱大气垂直探测仪GIIRS数据对水汽和臭氧变... 红外高光谱大气垂直探测仪数据的垂直空间特性由探测仪光谱性能指标间接决定,并与所关注的大气参数及其变化有并。本文在剔除大气参数探测信噪比过低的无效通道的基础上,针对FY-4A卫星红外高光谱大气垂直探测仪GIIRS数据对水汽和臭氧变化响应的峰值高度、高度分辨率、垂直不对称性及垂直覆盖范围进行了评估,并与大气温度探测的垂直空间特性评估结果进行对比分析。结果表明:1)和大气温度一样,FY-4A GIIRS对大气水汽具有垂直分布探测能力,水汽探测垂直覆盖12 km以下对流层(探测峰值高度在11 km以下),而大气温度探测覆盖整个对流层和平流层中下层;2)FY-4A GIIRS对臭氧具有10∼21km高度范围臭氧总量探测能力,探测峰值高度集中在16.4 km附近。本研究有助于从探测垂直空间特性角度把握FY-4A GIIRS红外高光谱数据应用能力。 展开更多
关键词 垂直空间特性 红外高光谱 FY-4A giirs 水汽 臭氧
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基于探空资料的上海台风季GIIRS/FY-4A卫星温度廓线反演精度研究 被引量:12
8
作者 黄艺伟 刘琼 +4 位作者 何敏 陈勇航 赵兵科 夏卫祖 刘统强 《红外》 CAS 2019年第9期28-38,共11页
利用上海宝山站L波段探空资料,分析台风季无云、有云和全天空条件下不同质量控制以及台风登陆前后24 h内FY--4A干涉式大气垂直探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,GIIRS)温度资料的反演精度。结果表明:(1)GIIRS温... 利用上海宝山站L波段探空资料,分析台风季无云、有云和全天空条件下不同质量控制以及台风登陆前后24 h内FY--4A干涉式大气垂直探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,GIIRS)温度资料的反演精度。结果表明:(1)GIIRS温度反演产品在无云条件下反演精度最高,质量控制为0的数据均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)为1.74 K,表明该产品在对流层中上层具有一定可信度。(2)云层降低了GIIRS温度反演的精度,有云条件下质量控制为0的数据RMSE为3.57 K,超出了美国环境监测系统给出的标准误差范围。(3)有云天空条件下,当温度大于230 K时,GIIRS反演温度均低于探空数据。(4)台风“安比”、“云雀”登陆前24 h内,在500 hPa高度至近地面附近和对流层顶,GIIRS反演温度偏高;台风“云雀”登陆后24 h内,GIIRS在800 hPa高度至近地面附近反演温度偏低,并且反演会产生大量无效值。 展开更多
关键词 giirs/FY-4A 探空资料 温度廓线 台风季
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FY-4A/GIIRS大气温度廓线产品质量评估 被引量:6
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作者 杜明斌 崔林丽 +4 位作者 陆风 彭杰 史军 刘冬韡 樊浩 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期399-409,共11页
我国风云四号A星(FY-4A)携带高光谱红外干涉式大气探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,GIIRS)首次实现了地球静止轨道红外高光谱探测,可连续获得大气温湿度廓线信息。基于常规无线电探空资料,从产品的探测能力和精... 我国风云四号A星(FY-4A)携带高光谱红外干涉式大气探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,GIIRS)首次实现了地球静止轨道红外高光谱探测,可连续获得大气温湿度廓线信息。基于常规无线电探空资料,从产品的探测能力和精度方面对2020年FY-4A/GIIRS大气温度廓线产品开展质量评估,为产品应用和算法研究提供参考。结果表明:FY-4A/GIIRS反演大气温度廓线探测能力在高度层次和月份统计上受云活跃度影响较大;晴空条件下大气整层均方根误差约为2 K,700~1000 hPa的大气低层较大,约2.5 K,偏差整层以负值为主;月尺度质量评估可见夏秋两季明显优于冬春季,有利于灾害性天气多发季节的监测;有云条件下单个像元的温度廓线误差显著增大,采用多像元Cressman客观分析可有效提高产品可用性;低海拔地区温度廓线产品质量整体优于高海拔地区,可极大地弥补我国东部、南部地区以及广阔的洋面上的探空资料的不足。 展开更多
关键词 高光谱 质量评估 温度廓线 FY-4A/giirs 无线电探空
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FY-4A GIIRS数据与ERA5再分析资料融合的中国区域大气加权平均温度模型 被引量:6
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作者 王新志 陈发源 《测绘学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第6期904-916,共13页
大气加权平均温度(T m)的精度直接影响全球导航卫星系统(GNSS)水汽反演的结果。针对现有T m模型的参数、建模数据源有待优化及模型构建时仅依赖于单个探空站点或单一格网点数据等问题,本文提出融合FY-4A GIIRS数据与ERA5再分析资料,在... 大气加权平均温度(T m)的精度直接影响全球导航卫星系统(GNSS)水汽反演的结果。针对现有T m模型的参数、建模数据源有待优化及模型构建时仅依赖于单个探空站点或单一格网点数据等问题,本文提出融合FY-4A GIIRS数据与ERA5再分析资料,在此基础上引入滑动窗口算法对融合数据进行处理同时顾及经度、纬度和高程因子构建空间分辨率为0.5°×0.5°的T m经验模型(FY-ET m模型)。采用偏差(Bias)和均方根误差(RMS)作为精度评定指标,联合未参与建模的2020年探空数据、ERA5再分析资料及天顶对流层延迟产品,对FY-ET m模型及其反演的大气可降水量进行精度评定。结果表明:以探空数据为参考值,FY-ET m模型的年均Bias、RMS分别为-0.02、5.79 K,相比较于Bevis和GPT3模型分别提高了3.62(Bias)、0.8(RMS)和2.54(Bias)、0.63 K(RMS);以ERA5再分析资料为参考值,FY-ET m模型的年均Bias、RMS分别为0.01、3.32 K,相比较于Bevis和GPT3模型分别提高了0.97(Bias)、0.13(RMS)和2.94(Bias)、1.71 K(RMS),同精度优异的GPT3模型相比,FY-ET m模型在中国西部和北部地区也表现出了明显的精度改善;以GNSS站点得到的PWV为参考值,FY-ET m模型反演的PWV与GNSS站得到的PWV值精度相当,Bias变化范围为-0.5~0.5 mm。FY-ET m模型准确度高稳定性良好,只需输入位置和时间信息就能获取目标点的T m,能够在GNSS水汽反演中发挥重要的作用。 展开更多
关键词 FY-4A giirs ERA5 大气加权平均温度 GPT3
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风云四号红外高光谱GIIRS中波通道亮温偏差订正 被引量:4
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作者 王根 陈娇 +1 位作者 戴娟 王悦 《红外》 CAS 2021年第5期39-44,共6页
变分同化风云四号干涉式大气垂直探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,GIIRS)中波通道亮温偏差要求满足高斯分布,因此需进行GIIRS资料偏差订正。在Harris B A等人提出的“离线”法的基础上,发展了基于随机森林(Rando... 变分同化风云四号干涉式大气垂直探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,GIIRS)中波通道亮温偏差要求满足高斯分布,因此需进行GIIRS资料偏差订正。在Harris B A等人提出的“离线”法的基础上,发展了基于随机森林(Random Forest,RF)的GIIRS偏差订正方法。在具体执行过程中,基于风云四号多通道扫描成像辐射计(Advanced Geosynchronous Radiation Imager,AGRI)云产品对GIIRS资料进行了云检测。试验结果表明,经过偏差订正的GIIRS亮温偏差满足高斯分布的假定。与“离线”法相比,RF法的订正效果更好。 展开更多
关键词 高光谱giirs 偏差订正 “离线”法 随机森林 云检测
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One-Dimensional Variational Retrieval of Temperature and Humidity Profiles from the FY4A GIIRS 被引量:5
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作者 Qiumeng XUE Li GUAN Xiaoning SHI 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2022年第3期471-486,共16页
A physical retrieval approach based on the one-dimensional variational(1 D-Var) algorithm is applied in this paper to simultaneously retrieve atmospheric temperature and humidity profiles under both clear-sky and part... A physical retrieval approach based on the one-dimensional variational(1 D-Var) algorithm is applied in this paper to simultaneously retrieve atmospheric temperature and humidity profiles under both clear-sky and partly cloudy conditions from FY-4 A GIIRS(geostationary interferometric infrared sounder) observations. Radiosonde observations from upper-air stations in China and level-2 operational products from the Chinese National Satellite Meteorological Center(NSMC)during the periods from December 2019 to January 2020(winter) and from July 2020 to August 2020(summer) are used to validate the accuracies of the retrieved temperature and humidity profiles. Comparing the 1 D-Var-retrieved profiles to radiosonde data, the accuracy of the temperature retrievals at each vertical level of the troposphere is characterized by a root mean square error(RMSE) within 2 K, except for at the bottom level of the atmosphere under clear conditions. The RMSE increases slightly for the higher atmospheric layers, owing to the lack of temperature sounding channels there.Under partly cloudy conditions, the temperature at each vertical level can be obtained, while the level-2 operational products obtain values only at altitudes above the cloud top. In addition, the accuracy of the retrieved temperature profiles is greatly improved compared with the accuracies of the operational products. For the humidity retrievals, the mean RMSEs in the troposphere in winter and summer are both within 2 g kg^(–1). Moreover, the retrievals performed better compared with the ERA5 reanalysis data between 800 h Pa and 300 h Pa both in summer and winter in terms of RMSE. 展开更多
关键词 temperature and humidity profiles one-dimensional variational(1D-Var) giirs hyperspectral data
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高光谱GIIRS中波通道的最优选择及其对云检测的影响 被引量:7
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作者 王根 邵立瑛 +3 位作者 丁卫东 陈娇 刘倪 谢菲 《红外》 CAS 2021年第7期36-42,共7页
风云四号A星干涉式大气垂直探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,GIIRS)中波通道的最优选择是有效变分同化此资料的关键技术之一,能减少冗余信息所引起的变分同化和反演的不适定性。将通用的熵减法(Entropy Reductio... 风云四号A星干涉式大气垂直探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,GIIRS)中波通道的最优选择是有效变分同化此资料的关键技术之一,能减少冗余信息所引起的变分同化和反演的不适定性。将通用的熵减法(Entropy Reduction,ER)用于GIIRS通道优选。此外,由于红外探测器观测容易受云影响,在变分同化GIIRS亮温资料时,需要进行云检测以获得晴空视场点或云参数信息。采用最小剩余法对GIIRS资料开展了云检测研究。该方法不仅能判识视场点是否有云,而且还能得到视场点的有效云量和有效云顶气压信息。但检测精度受不同通道组合的影响,因此基于台风“利奇马(2019)”资料进一步探讨了该影响。 展开更多
关键词 高光谱giirs 通道选择 云检测 熵减法 台风“利奇马”
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A Multi-Domain Compression Radiative Transfer Model for the Fengyun-4 Geosynchronous Interferometric Infrared Sounder (GIIRS) 被引量:1
14
作者 Mingyue SU Chao LIU +6 位作者 Di DI Tianhao LE Yujia SUN Jun LI Feng LU Peng ZHANG Byung-Ju SOHN 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2023年第10期1844-1858,共15页
Forward radiative transfer(RT)models are essential for atmospheric applications such as remote sensing and weather and climate models,where computational efficiency becomes equally as important as accuracy for high-re... Forward radiative transfer(RT)models are essential for atmospheric applications such as remote sensing and weather and climate models,where computational efficiency becomes equally as important as accuracy for high-resolution hyperspectral measurements that need rigorous RT simulations for thousands of channels.This study introduces a fast and accurate RT model for the hyperspectral infrared(HIR)sounder based on principal component analysis(PCA)or machine learning(i.e.,neural network,NN).The Geosynchronous Interferometric Infrared Sounder(GIIRS),the first HIR sounder onboard the geostationary Fengyun-4 satellites,is considered to be a candidate example for model development and validation.Our method uses either PCA or NN(PCA/NN)twice for the atmospheric transmittance and radiance,respectively,to reduce the number of independent but similar simulations to accelerate RT simulations;thereby,it is referred to as a multi-domain compression model.The first PCA/NN gives monochromatic gas transmittance in both spectral and atmospheric pressure domains for each gas independently.The second PCA/NN is performed in the traditional spectral radiance domain.Meanwhile,a new method is introduced to choose representative variables for the PCA/NN scheme developments.The model is three orders of magnitude faster than the standard line-by-line-based simulations with averaged brightness temperature difference(BTD)less than 0.1 K,and the compressions based on PCA or NN methods result in comparable efficiency and accuracy.Our fast model not only avoids an excessively complicated transmittance scheme by using PCA/NN but is also highly flexible for hyperspectral instruments with similar spectral ranges simply by updating the corresponding spectral response functions. 展开更多
关键词 radiative transfer model principal component analysis machine learning giirs
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FY-4 A/GIIRS反演夏冬季有云时大气温湿度廓线的精度评估
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作者 姚姝含 官莉 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期130-142,共13页
FY-4A/GIIRS(Geostationary Interferometric Infrared Sounder)首次实现了地球静止轨道红外高光谱探测,可以连续获得高垂直分辨率的大气温度和湿度廓线信息。当GIIRS视场内有云存在时,目前Level 2业务大气温湿度垂直廓线产品只提供观... FY-4A/GIIRS(Geostationary Interferometric Infrared Sounder)首次实现了地球静止轨道红外高光谱探测,可以连续获得高垂直分辨率的大气温度和湿度廓线信息。当GIIRS视场内有云存在时,目前Level 2业务大气温湿度垂直廓线产品只提供观测视场内云顶以上高度的温度廓线,且不反演整个视场的湿度廓线。基于GIIRS辐射观测值用U-Net卷积神经网络算法实现了全天空大气温湿度廓线反演,包括晴空和全云覆盖视场,同时利用常规无线电探空观测资料对反演精度进行了检验。结果表明:U-Net算法有云视场的温湿度廓线反演能力与晴空相当,且夏季温度反演精度优于冬季,有利于灾害性天气多发季节的监测。在云系较活跃的夏季,随着视场内云量的增加温度廓线反演精度逐渐变高,表明该算法适用于有云时大气温度廓线反演,而湿度随着云量的增加反演均方根误差RMSE增大。视场内不同云光学厚度时温度反演误差相差不大,RMSE均在2.5 K左右,平均偏差ME在1 K以内,对流层高层薄云时反演误差相对而言较小。湿度反演随着云光学厚度的增大反演误差也增大,说明对于一定程度的薄云,GIIRS能够获得不错的反演精度。虽然U-Net算法物理意义不明确,但是能够快速实现全天空大气温湿度廓线反演,尤其在有云时能够获得更高的反演精度。 展开更多
关键词 FY-4 A/giirs U-Net卷积神经网络 大气温湿度廓线 反演算法评估
原文传递
基于探空的FY-4B/GIIRS温湿廓线检验和订正 被引量:1
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作者 金子琪 余贞寿 +3 位作者 郝世峰 张红蕾 陆正奇 张树宪 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期538-550,共13页
以探空资料为基准,对2023年2月—2024年1月风云四号气象卫星B星(FY-4B)干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)温湿廓线产品开展检验评估,分析误差特征,并利用概率密度匹配法(PDF方法)对云天温度廓线进行订正。结果表明:晴天条件下温度平均偏差为-... 以探空资料为基准,对2023年2月—2024年1月风云四号气象卫星B星(FY-4B)干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)温湿廓线产品开展检验评估,分析误差特征,并利用概率密度匹配法(PDF方法)对云天温度廓线进行订正。结果表明:晴天条件下温度平均偏差为-0.3~1 K,均方根误差在2 K以内;湿度平均偏差为0~1.3 g·kg^(-1),均方根误差最大值位于近地层,约为2.1 g·kg^(-1)。云天条件下偏差增大,平均偏差整体呈正值,温度均方根误差为2.2~2.7 K,湿度均方根误差最大值约为3 g·kg^(-1)。12:00(世界时,下同)近地层温度偏差较00:00有所增大;晴天条件下,12:00400 hPa以下的湿度偏差大于00:00;云天条件下,00:00750~950 hPa的湿度偏差大于12:00。云天条件下温湿廓线系统性偏差明显,与质控码为0的样本相比,质控码为1的样本偏冷、偏干加剧,且偏差分布更为离散,温度偏差呈不对称的双峰分布。PDF方法可有效减小FY-4B/GIIRS温度廓线的系统性偏差,订正后,质控码为0和1的样本平均偏差分别由0.74 K和2.07 K下降至-0.03 K和0.01 K,均方根误差分别由1.89 K和3.20 K减小至1.73 K和2.34 K。 展开更多
关键词 FY-4B/giirs 探空资料 温湿廓线 检验评估 概率密度匹配法
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Bias Correction of Channel Brightness Temperature of FY-4A Hyperspectral GIIRS Based on Machine Learning 被引量:1
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作者 Gen WANG Jiao CHEN Yue WANG 《Meteorological and Environmental Research》 CAS 2022年第1期26-30,共5页
Data assimilation algorithm depends on the basic assumption of unbiased observation error,so bias correction is one of the important steps in satellite data processing.In this paper,using the geostationary interferome... Data assimilation algorithm depends on the basic assumption of unbiased observation error,so bias correction is one of the important steps in satellite data processing.In this paper,using the geostationary interferometric infrared sounder(GIIRS)of FengYun-4 A(FY-4 A)observation and simulated brightness temperature based on background field,the brightness temperature bias correction of GIIRS channel is carried out based on random forest(RF)and extreme gradient boosting(XGBoost)machine learning.Based on the case data of Typhoon"Haishen",the correction effect of machine learning method is compared with Harris and Kelly’s"off-line"method,and the importance of different predictors to the bias correction is further discussed.The experimental results show that the systematic bias is effectively corrected,and the following conclusions are obtained:the correction effect is improved by adding geographic information(longitude and latitude)into the predictors;under the given combination of predictors,the correction effect of XGBoost is the best,followed by random forest,and finally offline method,but the three methods can correct the bias effectively;compared with long wave data of FY-4 A/GIIRS,machine learning may be more feasible for medium wave data bias correction. 展开更多
关键词 FY-4A Hyperspectral giirs Bias correction Random forest Extreme gradient boosting
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基于集成学习的FY-4A/GIIRS红外通道亮温偏差订正研究
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作者 王根 杜成名 +3 位作者 蒋芸 范传宇 潘月 袁松 《红外》 CAS 2024年第4期31-38,共8页
资料变分同化方法基于观测误差无偏的假设,故偏差订正是卫星资料质量控制的重要环节之一。开展了基于集成学习的风云四号A星(Feng-Yun 4A,FY-4A)干涉式大气垂直探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,GIIRS)中波红外... 资料变分同化方法基于观测误差无偏的假设,故偏差订正是卫星资料质量控制的重要环节之一。开展了基于集成学习的风云四号A星(Feng-Yun 4A,FY-4A)干涉式大气垂直探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,GIIRS)中波红外通道亮温偏差订正研究。将随机森林、极端梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)、Decision Tree和Extra Tree作为集成学习的基础模型。在优化基础模型的超参数后,采用广义误差极小化方法集成基础模型回归结果。基于台风“利奇马”期间的加密晴空视场点资料,对比了集成学习、基础模型和离线法的GIIRS通道亮温偏差订正效果。试验结果表明,本文所采用的订正方法均取得了好的结果。在所有方法中,集成学习的订正效果最佳。在气团预报因子中,地理(经度和纬度)信息对基础模型贡献率较大。本文方法可推广至其他资料的偏差或误差订正。 展开更多
关键词 FY-4A/giirs 偏差订正 集成学习 超参数优化 台风“利奇马”
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基于高光谱GIIRS红外亮温的大气三维风场反演研究
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作者 王根 袁松 +2 位作者 叶松 谢丰 陈娇 《红外》 CAS 2023年第7期39-45,共7页
风场对于天气形势的演变和预报至关重要。基于风云四号A星干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)中波通道资料和ERA5风场资料,采用LightGBM进行大气三维风场反演研究。首先,构建模型特征变量。GIIRS通道最优选择采用二步特征选择法:(1)建立GIIRS... 风场对于天气形势的演变和预报至关重要。基于风云四号A星干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)中波通道资料和ERA5风场资料,采用LightGBM进行大气三维风场反演研究。首先,构建模型特征变量。GIIRS通道最优选择采用二步特征选择法:(1)建立GIIRS通道黑名单;(2)采用置换特征重要性(Permutation Feature Importance,PFI)方法选择特征变量,在形成通道最优子集的基础上,构建含有时空信息的特征变量。其次,构建基于LightGBM的三维风场反演方法。最后,基于台风“利奇马”期间的GIIRS加密资料开展了LightGBM超参数优化和相关反演试验。结果表明,相对于ERA5风场资料,测试集中风场U和V分量的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别小于1 m/s和1.5 m/s。本文中的二步特征选择法能够实现GIIRS通道的动态最优选择。 展开更多
关键词 FY-4A/giirs 大气风场反演 特征选择 LightGBM 台风“利奇马”
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Enhancing Rainfall Prediction Affected by the Northeast China Cold Vortex Using FY-4B GIIRS Radiance Data in CMA-MESO
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作者 Xiao PAN Deqin LI +2 位作者 Wei HAN Ruixia LIU Hao WANG 《Advances in Atmospheric Sciences》 2026年第4期769-787,共19页
The Northeast China Cold Vortex(NCCV)is a common cut-off low-pressure system in Northeast China,frequently causing localized heavy rainfall,strong winds,and thunderstorms during the early summer.In this study,the clea... The Northeast China Cold Vortex(NCCV)is a common cut-off low-pressure system in Northeast China,frequently causing localized heavy rainfall,strong winds,and thunderstorms during the early summer.In this study,the clear-sky radiance of 48 longwave channels from the FY-4B Geostationary Interferometric Infrared Sounder(GIIRS)is assimilated into the China Meteorological Administration mesoscale model(CMA-MESO)to evaluate its impact on NCCV development and its effects on rainfall forecasting.The results show that after assimilating the GIIRS radiance data,the warm center at 200 hPa and the cold center at 850 hPa of the NCCV are strengthened,and the dry intrusion at 850 hPa becomes more pronounced.This leads to a stronger NCCV intensity in the following 24 hours and brings the precipitation intensity and area closer to the observation,resulting in significant improvements compared to the experiments that do not assimilate GIIRS radiance data.Furthermore,it is found that the enhancement of the precipitation forecast is associated with the strengthening of cold air in the middle and lower troposphere,which intensifies the uplift of the warm,moist airflow.These results highlight the potential value of GIIRS data assimilation in enhancing early warnings and forecasts of extreme weather events influenced by the NCCV. 展开更多
关键词 FY-4B giirs Northeast China Cold Vortex data assimilation CMA-MESO
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