王振占，肖雨偉，2，王可昕，2，張升偉

1.中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心 中國科學(xué)院微波遙感技術(shù)重點實驗室,北京 100190;

2.中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049

1 引言

長期的、一致的微波探測儀觀測數(shù)據(jù)集對全球氣候監(jiān)測、數(shù)值天氣預(yù)報等具有重大的影響。自2008 年起，中國已經(jīng)發(fā)射了風(fēng)云三號（FY-3）A、B、C 和D 4 顆氣象衛(wèi)星，F(xiàn)Y-3A 和FY-3B 上搭載的為微波濕度計MWHS（Microwave Humidity Sounder），F(xiàn)Y-3C 和FY-3D 上搭載的為微波濕度計-II MWHTS（Microwave Humidity and Temperature Sounder），4 顆衛(wèi)星的濕度計已積累了超過10 年的有效歷史觀測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)，可以建立中國長期一致和穩(wěn)定的大氣濕度觀測數(shù)據(jù)集（李嬌陽 等，2019）。但是由于4 顆衛(wèi)星上的4 臺微波溫度探測儀的系統(tǒng)響應(yīng)特性和定標方法不盡相同，需要對這些有效歷史觀測數(shù)據(jù)進行一致性定標。

交叉定標法（常用星下點同步交叉定標法SNOs（Simultaneous Nadir Overpasses）、微波探測儀觀測亮溫減去基于輻射傳輸模型計算的模擬亮溫OMB（Observation Minus Background brightness temperature statistics）、雙差分法DD（Double Difference technique））等是建立長期一致觀測數(shù)據(jù)集常用的方法。

目前，國內(nèi)外已進行了一定的計算與研究。利用SNOs 對NOAA（National Oceanic Atmospheric Adminstration）系列衛(wèi)星的MHS（Microwave Humidity Sounder）和AMSU-B（the Advanced Microwave Sounding Unit-B）進行一致性定標（John 等，2012）。利用Megha-Tropiques（Indo-French joint satellite）衛(wèi)星上的Saphir（Sounder for Probing Vertical Profiles of Humidity）探測儀對NOAA-18、19 以及Metop-A（Meteorological Operational-A）上的濕度計進行交叉定標，并使用DD 方法對幾臺探測儀進行交叉定標（Jones 等，2013）。利用SEVIRI（Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager）探測儀作為參考探測儀，對NOAA-18 和Metop-A 的MHS 進行長期一致的交叉定標（Buehler 等，2020）。利用OMB、DD 法對Metop-A、NOAA-19 上的MHS 進行交叉定標，使用NWP（Numerical Weather Prediction）模型進行亮溫模擬（Saunders 等，2013）。利用自然目標（南極和熱帶海洋）、區(qū)域平均（60°S到60°N）、SNOs 3 種交叉定標方法對NOAA-15、16 的MHS 觀測數(shù)據(jù)進行一致性定標（John 等，2013）。

SNOs 是直接建立定標輻射計觀測亮溫與參考輻射計亮溫之間的函數(shù)關(guān)系，方法較為簡單，但具有緯度局限性，而且本身容易受到參考輻射計亮溫穩(wěn)定性的影響，定標結(jié)果不容易區(qū)分兩類輻射計數(shù)據(jù)各自的定標精度及其穩(wěn)定性。OMB 和DD交叉定標法則是采用長時間序列數(shù)據(jù)的平均或者直方圖進行分析，這種方法在一定程度上忽略了對輻射計系統(tǒng)的真實響應(yīng)特性的分析，也沒有考慮輻射傳輸模擬的正確性對于定標結(jié)果的影響。OMB 的方法是直接把背景場參數(shù)帶入微波輻射傳輸模型，獲得衛(wèi)星同步觀測的亮溫，進而與衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行比較，從而校正定標偏差的過程，這種方法雖然受到背景場參數(shù)、輻射傳輸模型精度等影響，但它可以在全球尺度內(nèi)進行大量匹配數(shù)據(jù)的比對，具有很好的統(tǒng)計穩(wěn)定性，因此被廣泛用于在軌數(shù)據(jù)的定標。

本文基于OMB 方法的累積，通過分析不同衛(wèi)星的系統(tǒng)響應(yīng)特性，結(jié)合輻射傳輸方程的計算，確定測量電壓與亮溫之間的系統(tǒng)響應(yīng)特性，進一步分析系統(tǒng)響應(yīng)的時空變化特征，從而利用模擬亮溫隨測量電壓之間的函數(shù)關(guān)系建立濕度計定標模型。

2 研究方法或原理

2.1 微波輻射計特性基本原理

FY-3C 發(fā)射于2013 年9 月，運行軌道的高度為836 km（Gou 等，2015）。其上搭載的微波濕度計為第二代微波濕度計（MWHTS），包括15 個探測通道，均使用雙邊帶接收機。

表1 給出了其15 個通道上下兩個接收機的中心頻點以及對應(yīng)的極化方式，該極化方式隨著掃描角θ的變化而變化。在θ為0°是極化是單一極化，其他角度都是混合極化。上下兩個邊帶接收機接收輻射亮溫的原理可表示為

表1 MWHTS通道特點Table 1 Channel Characteristics of MWHTS

式中，fdown(v)和fup(v)為下邊帶和上邊帶的通道響應(yīng)函數(shù)，vd1和vd2為下邊帶的頻率邊界，vu1和vu2為上邊帶的頻率邊界。P表示極化方式。

FY-3C 微波濕度計-II 采用兩個反射面天線，在與衛(wèi)星前進方向垂直的豎直面內(nèi)進行交軌掃描，實現(xiàn)±53.35°掃描角的觀測范圍，其中，中心頻率為89 GHz 的通道1 和中心頻率為118.75 GHz 的通道2—9共用掃描天線，天線波束寬度約為2°；中心頻率為150 GHz的通道10和中心頻率為183.31 GHz的通道11—15共用掃描天線，天線波束寬度約為1.1°（Zhang 等，2014）。由于天線反射面在旋轉(zhuǎn)，而饋源固定不動，因此微波濕度計接收的亮溫是兩個極化亮溫的組合（Weng等，2003），即：

式中，θ是掃描角，當(dāng)觀測天底點時θ=0°。TBp和TBq表示兩個正交極化的亮溫。每個通道的亮溫是這兩個正交極化亮溫的組合。因此，通道1 和10的亮溫可表示為

其他通道的亮溫為

2.2 微波濕度計的天線溫度和亮溫

微波濕度計計測量的天線溫度TA可以表示為3種形式：

式中，VA、VH、VC分別為觀測地球場景電壓、熱源電壓和冷源電壓，TH、TC分別是熱源和冷源的溫度，單位為K。u為非線性系數(shù)，單位為m2· Sr · cm-1· mW-1，通 常μ是接收 機溫度的函數(shù)，在發(fā)射前通過熱真空實驗，測量不同儀器溫度下的系統(tǒng)響應(yīng)獲得。在軌定標進行非線性修正時通過查表來獲得實際工作溫度下的μ值。當(dāng)考慮天線方向圖和天線輻射效率對于天線溫度貢獻的情況下，衛(wèi)星接收的亮溫TB,p可以簡化為

式中，TA,p和TA,q表示表示同極化和交叉極化的天線溫度，Tant表示天線的物理溫度，a、b、c和d為系數(shù)。對于大氣探測通道，通常只有一個極化方式，且這兩種極化的天線溫度非常接近，因此從實際數(shù)據(jù)處理的角度出發(fā)，上式可以進一步簡化為

式（11）忽略了交叉極化貢獻。把式（5）—（7）代入式（11）即可得到測量亮溫的3種表達形式（為了簡化篇幅這里從略），作為在軌定標偏差校正的基礎(chǔ)。下文將以分析在軌數(shù)據(jù)特征及其與輻射傳輸計算偏差為基礎(chǔ)，構(gòu)建定標偏差校正模型—再定標模型。

2.3 FY-3C 微波濕度計-Ⅱ在軌數(shù)據(jù)及其OMB 結(jié)果分析

使用OMB 方法進行數(shù)據(jù)質(zhì)量評價和定標誤差分析主要是基于數(shù)據(jù)應(yīng)用的考慮：一方面，由于微波輻射計的觀測亮溫至今沒有絕對的參考基準，通過星上兩點定標的結(jié)果可能存在一定的偏差。通過輻射傳輸模型和背景場計算的亮溫具有統(tǒng)計穩(wěn)定性，為衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)提供了可進行比較的參考基準，并且微波輻射傳輸模型計算的亮溫作為參考基準可以實現(xiàn)不同載荷之間參考基準的一致性傳遞；另一方面，微波輻射計數(shù)據(jù)的應(yīng)用是基于微波輻射傳輸模型的，利用OMB 方法得到的再定標數(shù)據(jù)和所使用的微波輻射傳輸模型之間是無偏的，可以直接用于基于同一模型的后續(xù)反演和同化應(yīng)用，不需要再進行偏差修正。如果不使用當(dāng)前微波輻射傳輸模型進行反演和同化，還是需要進行偏差校正的，這是因為不同微波輻射傳輸模型之間仍然存在偏差?？傊?，利用OMB 方法獲得的再定標數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的，相對當(dāng)前微波輻射傳輸模型來說是無偏的，相對其他微波輻射傳輸模型可能還存在穩(wěn)定的偏差。

為了計算模擬背景亮溫，這里使用MPM93（Liebe，1989；Liebe 等，1993）逐線計算大氣吸收系數(shù)模型和FASTEM5（English和Hewison，1998；Liu 等，2011；Bormann 等，2012）的海面發(fā)射率模型。計算的輸入背寫數(shù)據(jù)來自ERA5的每小時的再分析數(shù)據(jù)集（Dee 等，2011）。在模擬兩個正交極化不同掃描角亮溫以后，根據(jù)式（2）—（4）計算對應(yīng)通道的亮溫。在積分過程中，通道響應(yīng)函數(shù)設(shè)定為簡單的矩形，上下邊帶的權(quán)重設(shè)定為0.5（王振占，2023）。后續(xù)計算將帶入真實權(quán)重函數(shù)進行仿真。此處選取2013 年11 月到2016 年12 月衛(wèi)星濕度計的L1級數(shù)據(jù)產(chǎn)品作為分析數(shù)據(jù)。

根據(jù)再定標前OMB 值隨時間（掃描線）的變化結(jié)果，因為有些通道的變化具有共性，圖1只展示了通道7、14的結(jié)果作為代表進行說明再定標前OMB 值隨時間（掃描線）變化特征。從圖1 可以看出，以通道14為代表的通道4、6、11、13、14，其再定標前OMB 值隨時間變化趨勢存在明顯的波動，以通道7 為代表的其余通道總體OMB 值隨時間呈現(xiàn)穩(wěn)定的變化趨勢。對于通道4、6、11、13、14 的OMB 值隨時間變化波動的原因需要識別，并建立校正算法。

圖1 通道7、14再定標前觀測亮溫與模擬亮溫的差值Fig.1 Biases of observed and simulated brightness temperature before re-calibration in 7 and 14 channels

對這些數(shù)據(jù)進行進一步分析，發(fā)現(xiàn)引起偏差波動的主要原因是儀器溫度的變化和接收機自動增益控制電壓（AGC）的變化。圖2展示了FY-3C微波濕度計在2013 年—2017 年期間接收機射頻和中頻溫度的變化?？梢娫谶@個時間段，儀器溫度有幾個較為明顯的跳變，為衛(wèi)星系統(tǒng)操控的結(jié)果。部分通道（如13、14 通道）的偏差波動與儀器溫度變化有一定的相關(guān)性。

圖2 2013年—2017年期間FY-3C微波濕度計儀器射頻和中頻溫度的變化Fig.2 Time varying instrument RF and IF of FY-3C MWHTS during 2013—2017

15 個通道AGC 隨著時間的變化如圖3 所示。其中，通道6 的AGC 在2014 年—2015 年期間有一個大的跳變；對于其它通道，在發(fā)射初期（2013年9 月）和2015 年初期也都有一個較為明顯的AGC變化；AGC 的變化與通道4 和5 偏差的跳變具有相關(guān)性。AGC 變化導(dǎo)致接收機非線性系數(shù)發(fā)生變化，而接收機的非線性系數(shù)又是儀器工作溫度的函數(shù)，因此可以從儀器溫度和定標源溫度的變化分析定標偏差的變化原因，從而建立再定標算法。

圖3 2013年—2016年期間FY-3C微波濕度計在15個通道在軌AGC的變化Fig.3 Time varying AGC of MWHTS 15 channels during 2013-2017

3 再定標模型的建立及結(jié)果分析

3.1 再定標模型

結(jié)合式（10）和（11），定標偏差dTB為

式中，TBsim表示模擬亮溫，TBobs表示觀測亮溫。當(dāng)綜合考慮冷熱定標源誤差、非線性誤差以及天線溫度的貢獻時，可得到如下的表達形式：

式中，a，b，c，d，e，f，g，h為系數(shù)。如果忽略冷空亮溫的變化，同時由于微波濕度計的天線和定標源處于相同的位置，其物理溫度不是獨立的，因此與熱源溫度合并考慮為一個影響因素，則式（13）可以簡化為

式中，a，b，c為再定標方程的系數(shù)，用來解釋由于熱源溫度、接收機溫度變化產(chǎn)生的定標誤差。

為了提高算法的穩(wěn)定性和代表性，使用82 天的L1數(shù)據(jù)與ECMWF 的ERA5每小時的再分析數(shù)據(jù)集進行匹配。匹配標準：使用南北緯60°的晴空海面亮溫，根據(jù)濕度計L1 產(chǎn)品中的地表類型為海洋進行篩選，晴空判斷標準為積分液態(tài)水含量小于0.1，海面亮溫大于275 K 以去除海冰的影響；時間上取觀測軌道首尾時間上最為接近的EC 數(shù)據(jù)，時間匹配標準為小于±30 min，圖4 為FY-3C 的L1級觀測數(shù)據(jù)與ERA5每小時在分析數(shù)據(jù)集經(jīng)過時間匹配后兩者的時間差，由圖4可以看出，經(jīng)數(shù)據(jù)匹配后得到的數(shù)據(jù)級在時間差范圍（±0.5 小時內(nèi)）呈整體均勻分布，保證了衛(wèi)星數(shù)據(jù)觀測時間與ERA5 時間的無偏性；在全球經(jīng)緯度的范圍內(nèi)，ERA5 數(shù)據(jù)是分辨率為0.25°×0.25°的網(wǎng)格形式，將L1 級數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度對應(yīng)到此網(wǎng)格中，經(jīng)緯度的匹配標準小于±0.125°。

圖4 FY-3C L1級觀測數(shù)據(jù)與ERA5每小時再分析數(shù)據(jù)集進行時間匹配后兩者的時間差Fig.4 The time difference between L1 level observed brightness temperature and ERA5 hourly reanalysis data set after time matching

3.2 再定標結(jié)果分析

對匹配好的數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)落在一個ERA 網(wǎng)格通常有1—4 次觀測點，為計算數(shù)據(jù)的均勻性和有效性，選擇了在一個網(wǎng)格內(nèi)有3—4 次觀測點作為基準觀測數(shù)據(jù)，并要求這些觀測數(shù)據(jù)之間的標準差小于0.3 K。利用這些匹配的網(wǎng)格點的ERAS 數(shù)據(jù)進行模擬亮溫計算產(chǎn)生最終的再定標算法系數(shù)。經(jīng)第2節(jié)分析，AGC的變化可能對再定標結(jié)果造成影響，同時也計算了輸入數(shù)據(jù)在不同AGC下的定標系數(shù)。

圖5 為再定標前后部分通道（通道7 和14）觀測亮溫和模擬亮溫之間的定標偏差和標準差隨熱源溫度和時間的變化示意圖，其中圖5（a）（b）中“產(chǎn)品”圖標代表著再定標前OMB 值及其標準差，“區(qū)分”圖標代表著在不同AGC 下計算的多組再定標系數(shù)得到的再定標偏差和標準差，“不區(qū)分”圖標代表著所有數(shù)據(jù)計算的一組再定標系數(shù)得到的再定標偏差和標準差；圖5（a）（b）分別為通道7和通道14 再定標前后OMB 值隨熱源溫度的變化、再定標前后OMB 值隨時間（天數(shù)）的變化及再定標前后OMB值的標準差隨時間（天數(shù)）的變化。

圖5 再定標前后通道7、14觀測亮溫和模擬亮溫之間的定標偏差、標準差隨熱源溫度和時間的變化Fig.5 The variation of calibration deviation and standard deviation of observed and simulated brightness temperature before and after re-calibration in ch7 and ch14

由圖5（a）中間圖可以看出，對于通道7，區(qū)分和不區(qū)分AGC 下再定標結(jié)果均較好，OMB 值的大小和波動都得到校正，但是區(qū)分AGC 的再定標結(jié)果優(yōu)于不區(qū)分AGC 通道6、11、12 結(jié)果與通道7的結(jié)果相似，在區(qū)分AGC 的條件下，再定標后的偏差小于不區(qū)分AGC 的定標偏差，并且偏差的波動得到更好的改善，限于篇幅原因，結(jié)果圖不再列出。因此，對于通道6、7、11、12，這些通道AGC 的變化對定標結(jié)果有一定的影響，在定標系數(shù)中需要考慮AGC的影響。

由圖5（b）中圖可以看出，對于通道14，區(qū)分和不區(qū)分AGC 下計算的定標結(jié)果均較好，再定標后的偏差大小和波動都得到改善，兩種情況下計算的結(jié)果基本沒有差別。通道1、13、14、15再定標結(jié)果與通道14 結(jié)果相似；通道2、3、8、9、10 在不區(qū)分AGC 下的再定標結(jié)果略好，限于篇幅原因，這些通道的結(jié)果圖不再列出。因此，對于受AGC 的影響不明顯的通道，選擇不區(qū)分AGC 下的定標系數(shù)進行再定標。

對于通道4、5，再定標后的OMB 值大小得到校正，但是OMB 值仍然存在波動，圖6 為再定標前后通道4觀測亮溫和模擬亮溫之間的定標偏差和標準差隨熱源溫度和時間的變化示意圖。從圖6中的中間時間變化圖可以看出，無論區(qū)分和不區(qū)分AGC 的定標結(jié)果，在30—50 對應(yīng)的時間范圍，OMB 值仍然存在相對較大的波動。通過分析原因發(fā)現(xiàn)，這可能是在星上定標時使用的非線性系數(shù)不合適。L1 級觀測亮溫是L0 級原始觀測數(shù)據(jù)經(jīng)過星上定標得到的，在星上定標過程中需要進行非線性修正，而在波動處該通道的中頻溫度發(fā)生變化，非線性系數(shù)u對中頻溫度的變化不敏感，導(dǎo)致在該處進行星上定標時非線性修正量不準確，因此導(dǎo)致L1 級觀測數(shù)據(jù)存在人為誤差，進而造成的此處波動，后續(xù)會對非線性系數(shù)進行進一步討論。通道5 的在第27—30 時間段OMB 同樣值存在相對較大的波動，波動原因與通道4一致，此處不進行詳細分析。

圖6 再定標后通道4觀測亮溫和模擬亮溫之間的定標偏差、標準差隨熱源溫度和時間的變化Fig.6 The variation of calibration deviation and standard deviation of observed and simulated brightness temperature before and after re-calibration in ch4

雖然通道4、5 再定標結(jié)果不是很理想，但其余通道通過考慮定標源溫度、儀器溫度和AGC 的變化，可以實現(xiàn)OMB 偏差的大幅改善，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定定標。為分析該定標模型的有效性，4、6、7、11、12 通道采用L1 數(shù)據(jù)區(qū)分AGC 的再定標系數(shù)；其他通道采用L1 數(shù)據(jù)不區(qū)分AGC 的系數(shù)。再定標系數(shù)見表2。

表2 FY-3C MWHTS各通道再定標模型系數(shù)Table 2 The parameters of re-calibration processing of FY-3C MWHTS

圖7 為通道7、14 再定標后OMB 偏差隨時間（掃描線）的變化。由圖7（b）可以看出，通道14偏差波動得到改善。

圖7 通道7、14再定標后觀測亮溫與模擬亮溫的結(jié)果比較Fig.7 Comparison of observed and simulated brightness temperature after recalibration in ch7 and ch14

為了定標結(jié)果的穩(wěn)定性，我們下面主要分析算法的殘差特性。圖8 為通道7、14 再定標前后的OMB 偏差直方圖，從圖8 可以看出，定標前后的偏差直方圖存在明顯差異：如通道7雖然呈現(xiàn)一定的正態(tài)分布，但是它們明顯存在兩個分布特征，直方圖的分布至少是兩個狀態(tài)的疊加，這對應(yīng)于這些通道AGC 的變化；通道14 定標之前明顯不是正態(tài)分布，存在兩個峰值。而經(jīng)過再定標以后，通道7、14 的OMB 值呈現(xiàn)理想的正態(tài)分布，證明了該方法的有效性。對于其他通道，OMB 值也都呈現(xiàn)理想的正態(tài)分布，這里不在一一列出。

圖8 匹配觀測點為3—4次時，通道7、14再定標前后的OMB偏差直方圖比較Fig.8 Comparison of the OMB bias histogram before and after re-calibration processing in ch7 and ch14

4 再定標結(jié)果驗證及分析

4.1 利用同時間樣本中的其他數(shù)據(jù)進行驗證

下面利用同一網(wǎng)格內(nèi)匹配點只有1—2 次的數(shù)據(jù)進行驗證，以判斷算法系數(shù)是否可以用于一般的匹配情況。一般情況中0.25°網(wǎng)格內(nèi)的不同匹配數(shù)據(jù)可能包含位置差異、大氣條件差異和計算誤差等，而且數(shù)據(jù)之間的離散度越大，說明這些差異越大。因此，可以利用這些數(shù)據(jù)驗證再定標算法系數(shù)是不是產(chǎn)生穩(wěn)定的效果。由于匹配點1—2 個的情況下無法判讀像元內(nèi)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，不能有效判斷降水等在像元內(nèi)是否存在，所以這些數(shù)據(jù)的離散程度略微增大。圖9 為當(dāng)匹配觀測點為1—2次時通道7、14再定標前后OMB 偏差直方圖。由圖9 可以看出雖然這兩個通道的離散度略微增大，但是明顯看出定標系數(shù)對于這些通道是完全適用的，很好地實現(xiàn)了定標偏差和異常數(shù)據(jù)的校正，對于其他通道特征與通道7、14相似。

圖9 匹配觀測點為1—2次時通道7、14再定標前后OMB偏差直方圖比較Fig.9 Comparison of the OMB bias histogram before and after re-calibration processing in ch7 and ch14

4.2 利用未覆蓋時間段的數(shù)據(jù)進行驗證

為了檢驗定標結(jié)果，進一步選擇其他獨立的數(shù)據(jù)進行驗證。在此，選擇2017 年—2019年期間60天的數(shù)據(jù)進行算法魯棒性的驗證。圖10（a）為通道7再定標前后觀測亮溫與模擬亮溫之間的偏差和標準差隨天數(shù)的變化，通道7 再定標前OMB 值本身很小，再定標完之后OMB 值相對來說變化不大。圖10（b）為通道14 再定標前后觀測亮溫與模擬亮溫之間的偏差和標準差隨天數(shù)的變化，可以看出利用再定標系數(shù)，OMB 值變小，波動也得到改善。對于其他通道的再定標模型也都很好地實現(xiàn)了定標偏差的校正，使得定標偏差穩(wěn)定，在所分析的跨度3 年的60 天范圍內(nèi)，定標偏差的波動較小。圖11部分通道經(jīng)過再定標之后的直方圖，這兩個通道都呈現(xiàn)理想的正態(tài)分布，其他通道也是如此，再次證明了該方法的有效性。

圖10 利用2017年—2019年期間60天數(shù)據(jù)進行再定標的驗證結(jié)果Fig.10 Validated results of the re-calibration processing using sixty days’ data during 2017—2019

圖11 利用2017年—2019年期間60天數(shù)據(jù)進行再定標前后OMB偏差直方圖比較Fig.11 Comparison of the OMB bias histogram before and after recalibration processing using sixty days’ data during 2017—2019

4.3 定標殘差的分布特性統(tǒng)計

由于微波濕度計采用交軌掃描的形式進行觀測，因此在98 個觀測位置上的偏差是否存在位置相關(guān)性一致都是大家關(guān)心的問題（Goldberg 等，2001；Tian 等，2018）。這里對于再定標前后觀測亮溫與模擬亮溫之間的偏差和標準差的分布特性進行統(tǒng)計。圖12 為FY-3C 的MWHTS 的所有通道再定標后觀測亮溫和模擬亮溫之間的偏差隨掃描點的變化趨勢。在選取數(shù)據(jù)時，選取了3—4 次觀測點進行了模型的建立，位于邊緣掃描點的數(shù)據(jù)個數(shù)不滿足條件，造成了邊緣位置的匹配的統(tǒng)計數(shù)據(jù)缺失。由圖12 可以看出，對于C 星微波濕度計的所有通道，第16—88 個掃描點的偏差得到了較好的修正，但再定標前后的偏差都隨著掃描點的變化而變化，具體原因會在之后的工作中進行分析。圖13 為15 個通道再定標前后觀測亮溫和模擬亮溫之間的標準差隨掃描點的變化趨勢，再定標前后OMB的標準差變化很小，趨勢也不變。

圖12 匹配觀測點為3—4次時，所有通道再定標前后OMB偏差隨掃描點的變化Fig.12 Varying of OMB bias with scanning point before and after recalibration of all channels using 3—4 observed points

圖13 匹配觀測點為3—4次時，所有通道再定標前后OMB標準差隨掃描點的變化Fig.13 Varying of OMB std with scanning point before and after recalibration of all channels using 3—4 observed points

5 結(jié)論

本文利用微波輻射計通道特性，對FY-3C 濕度計歷史數(shù)據(jù)進行再定標分析?；贠MB 方法，直接利用輻射計系統(tǒng)響應(yīng)特性，結(jié)合輻射傳輸方程來進行定標偏差分析，在考慮模擬和觀測數(shù)據(jù)時空匹配的有效性時，不但依賴其統(tǒng)計特性的穩(wěn)定性，而且在2.667 s 定標周期內(nèi)的需要通過濕度計實時觀測的電壓數(shù)據(jù)來評判時空匹配的有效性。所以本文基于對不同衛(wèi)星的非線性參數(shù)、熱源溫度和電壓以及匹配點的數(shù)據(jù)電壓特性的綜合考慮，建立新型的歷史數(shù)據(jù)再定標算法。再定標后的OMB 值明顯減小，在統(tǒng)計特征上，OMB 的值基本符合正態(tài)分布特性。從2013 年—2017 年4 年期間選出代表性的82 天數(shù)據(jù)偏差變化來看，通道4 和13的最大偏差不超過1 K；其他通道再定標后的觀測亮溫和模擬亮溫的最大偏差不超過0.5 K。除通道4、5 這兩個通道的波動本身就很小外，其余通道偏差的波動得到改善。從2017 年—2019 年3 年期間抽取的代表性60 天驗證數(shù)據(jù)來看，通道3、5、6、7、10、11、12、15 再定標后的觀測亮溫亮溫和模擬亮溫最大偏差不超過0.5 K，其余通道最大誤差不超過1 K。對于再定標結(jié)果仍存在輕微波動的通道，后續(xù)會進一步分析非線性系數(shù)對再定標模型的影響。

志 謝感謝國家衛(wèi)星氣象中心提供的風(fēng)云三號濕度計L1 和L0 數(shù)據(jù)，感謝ECMWF 提供的ERA5每小時再分析數(shù)據(jù)。