基于卫星辐射率资料的两种三维云反演方法对比研究

基于格点统计插值分析系统（Gridpoint Statistical Interpolation analysis system，简称GSI），利用粒子滤波（Particle Filter，简称PF）方法对卫星红外辐射率资料进行了云覆盖、云高等三维云图产品的反演研究。选取了具有高时空分辨率的静止卫星GOES（Geostationary Operational Environmental Satellites）-Imager辐射率资料进行了云反演试验，初步评估了PF云反演方法的可行性及其与多元极小残差（Multivariate and Minimum Residual，简称MMR）云反演方法的异同。结果表明：两种方法反演得到的云覆盖和云顶气压与NASA基于CO2切片法反演得到的GOES云产品一致性较高。PF和MMR方法反演产品的优点是云图信息是三维分布的，相对于NASA提供的GOES云产品能提供更全方位立体的云信息。MMR方法需要利用一维变分逐步拟合观测来反演三维云图产品；PF方法采用不同模式垂直层的云覆盖比例作为不同粒子来近似后验概率分布，计算效率大大提高。进一步提出了一种新的基于“扰动粒子”的粒子滤波云反演方法，结果表明：在滤波过程中采用足够多的粒子样本（样本数量约为250）可以改进后验概率密度函数的估计，有效地避免了粒子发散问题，改善了云反演的结果