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ISSN: 2333-9721
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基于多源资料的地基微波辐射计温度廓线数据质量评估
Quality Assessment of Ground-Based Microwave Radiometer Temperature Profiles Based on Multi-Source Data

DOI: 10.12677/ccrl.2025.142022, PP. 205-216

Keywords: 地基微波辐射计,探空资料,ERA5再分析资料,大气温度廓线
Ground-Based Microwave Radiometer
, Radiosonde Data, ERA5 Reanalysis Data, Atmospheric Temperature Profiles

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Abstract:

本文基于探空资料和ERA5再分析资料等多源数据,选取四个代表站点(北京站、新疆阿克苏站、吉林长春站和广东清远站),对地基微波辐射计(MWR)温度廓线的数据质量进行了对比评估。与探空资料(RS)对比结果表明,北京站的MWR平均温度误差最小,基本维持在1℃以内;阿克苏站在2 km以上高度差异最大,最大偏差约为5℃;吉林长春站MWR资料偏差稳定性存在较大波动;广东清远站的MWR资料整体质量较好。与再分析资料对比表明,在所选时空范围内,基于ERA5再分析数据评估上述站点的MWR数据质量,与探空数据结果保持一致。因此在探空资料缺乏的情况下,ERA5再分析资料可在一定程度上,用于定量评估微波辐射计温度廓线数据质量。此外,在利用平均偏差(Bias)和均方根误差(RMSE)量化不同资料间差异的同时,本文还设计了相对加权欧式距离(RED)这一统计指标,以检验不同高度处气候态特征对温度相对偏差结果的影响。本研究提出的MWR温度廓线数据质量评估方法,既有效利用探空资料的精准性,又充分利用ERA5再分析数据的时空一致性和连续性,可推广至更多MWR观测站点,具有一定的普适性。
This study evaluates the data quality of ground-based microwave radiometer (MWR) temperature profiles at four representative sites in China using radiosonde data (RS) and ERA5 reanalysis data. Comparisons with radiosonde observations show that the MWR data in Qingyuan generally has the best quality, with Beijing showing the smallest bias (mostly within 1?C). The largest bias is found above 2 km in Aksu, reaching up to 5?C, while Changchun shows significant errors below 2 km with notable fluctuations in data stability. Comparisons with ERA5 reanalysis data yield similar results, suggesting that ERA5 can be used for MWR evaluation in the absence of radiosonde data. Additionally, while using the mean bias and root mean square error (RMSE) to quantify the differences between different data, a new metric, Relative Euclidean Distance (RED), is introduced to test the influence of altitude-based climatological characteristics on temperature deviation results. The proposed MWR data quality evaluation method leverages both the accuracy of radiosonde data and the spatial-temporal continuity of ERA5, showing general applicability to other MWR observation sites.

References

[1]  Stähli, O., Murk, A., Kämpfer, N., Mätzler, C. and Eriksson, P. (2013) Microwave Radiometer to Retrieve Temperature Profiles from the Surface to the Stratopause. Atmospheric Measurement Techniques, 6, 2477-2494.
https://doi.org/10.5194/amt-6-2477-2013
[2]  Randall, D. (2012) Atmosphere, Clouds, and Climate. Princeton University Press.
[3]  赵天保, 符淙斌. 应用探空观测资料评估几类再分析资料在中国区域的适用性[J]. 大气科学, 2009, 33(3): 634-648.
[4]  陈哲, 杨溯, 1979-2012年中国探空温度资料中非均一性问题的检验与分析[J]. 气象学报, 2014(4): 794-804.
[5]  李庆雷, 远芳, 杨贵, 等. L波段探空秒级资料稀疏化方案及检验方法[J]. 气象科技进展, 2018, 8(1): 127-132.
[6]  刘艳杰, 周玉都, 马庚雪. 河北廊坊冰雹天气特征统计分析[J]. 气象与环境科学, 2018, 41(1): 108-115.
[7]  黄景, 徐伟萍, 金小城. 台州低空逆温层特征分析[J]. 气象与环境科学, 2016, 39(2): 113-118.
[8]  吕静, 胡妍妍, 魏巍, 等. 基于L波段雷达资料的威宁降雪天气温度预报指标研究[J]. 气象水文海洋仪器, 2023, 40(3): 73-76.
[9]  吴梦莹, 鲍艳松, 茆佳佳, 等. 地基微波辐射计温湿资料的误差分析和订正研究[J]. 暴雨灾害, 2023, 42(4): 467-478.
[10]  陈哲. 中国探空气球水平漂移总体特征分析[J]. 气象, 2010, 36(2): 22-27.
[11]  陈晓梦, 李白良, 李岩, 等. 福州探空气球的漂移轨迹特征及其对航空飞行的影响分析[J]. 气象与环境科学, 2021, 44(3): 91-98.
[12]  Westwater, E.R., Crewell, S., Mätzler, C., et al. (2005) Principles of Surface-Based Microwave and Millimeter Wave Radiometric Remote Sensing of the Troposphere. Quaderni Della Società Italiana Di Elettromagnetismo, 1, 50-90.
[13]  Hogg, D.C., Decker, M.T., Guiraud, F.O., Earnshaw, K.B., Merritt, D.A., Moran, K.P., et al. (1983) An Automatic Profiler of the Temperature, Wind and Humidity in the Troposphere. Journal of Climate and Applied Meteorology, 22, 807-831.
https://doi.org/10.1175/1520-0450(1983)022<0807:aapott>2.0.co;2
[14]  Liljegren, J.C. (2000) Automatic Self-Calibration of ARM Microwave Radiometers. In: Microwave Radiometry and Remote Sensing of the Earths Surface and Atmosphere, CRC Press, 433-441.
[15]  Ware, R., Carpenter, R., Güldner, J., Liljegren, J., Nehrkorn, T., Solheim, F., et al. (2003) A Multichannel Radiometric Profiler of Temperature, Humidity, and Cloud Liquid. Radio Science, 38, 44-1-44-13.
https://doi.org/10.1029/2002rs002856
[16]  De Angelis, F., Cimini, D., Löhnert, U., Caumont, O., Haefele, A., Pospichal, B., et al. (2017) Long-Term Observations Minus Background Monitoring of Ground-Based Brightness Temperatures from a Microwave Radiometer Network. Atmospheric Measurement Techniques, 10, 3947-3961.
https://doi.org/10.5194/amt-10-3947-2017
[17]  王琴莉. 大气参量反演误差分析及气象微波辐射计性能测试研究[D]: [硕士学位论文]. 武汉: 华中科技大学, 2017.
[18]  杨世昆, 杨玲, 张雪芬, 等. 地基遥感联合反演大气边界层高度与ERA5再分析资料比对分析[J]. 气象, 2023, 49(2): 178-187.
[19]  茆佳佳, 焦志敏, 张雪芬, 等. 天线罩疏水层老化对微波辐射计观测的影响分析[J]. 气象科技, 2022, 50(6): 759-765.
[20]  姚作新, 吕鸣, 贺晓东, 等. MP-3000A型地基微波辐射计在乌鲁木齐探空站的辅助性探测研究[J]. 沙漠与绿洲气象, 2011, 5(1): 38-43.
[21]  韩珏靖, 陈飞, 张臻, 等. MP-3000A型地基微波辐射计的资料质量评估和探测特征分析[J]. 气象, 2015, 41(2): 226-233.
[22]  刘晓璐, 刘东升, 郭丽君, 等. 国产MWP967KV型地基微波辐射计探测精度[J]. 应用气象学报, 2019, 30(6): 731-744.
[23]  徐进, 乔贺, 周红根, 等. Airda-HTG4型地基多通道微波辐射计与探空站温湿度对比及个例分析[J]. 气象水文海洋仪器, 2023, 40(1): 12-15.
[24]  黄明明, 邢腾飞, 赵文芳, 等. 高山滑雪赛场微波辐射计反演大气温湿廓线性能分析[J]. 气候与环境研究, 2023, 28(6): 641-651.
[25]  Hersbach, H., Bell, B., Berrisford, P., Hirahara, S., Horányi, A., Muñoz‐Sabater, J., et al. (2020) The ERA5 Global Reanalysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 146, 1999-2049.
https://doi.org/10.1002/qj.3803
[26]  胡林宏, 姜红林, 王皓. ERA5再分析数据在微波辐射计数据反演中的初步应用[J]. 气象科技, 2024, 52(2): 163-172.
[27]  李庆雷, 远芳, 廖捷, 等. 基于 ERA-Interim的L波段探空秒级风速算法检验[J]. 气象科技, 2018, 46(5): 855-859.
[28]  柳靖, 唐晓凡, 夏君集, 等. 青藏高原东坡大气边界层高度变化观测研究[J]. 高原山地气象研究, 2024, 44(2): 32-39.
[29]  雷连发. 地基微波辐射计拓展应用的理论与观测实验研究[D]: [博士学位论文]. 南京: 南京信息工程大学, 2022.
[30]  周毓荃, 欧建军. 利用探空数据分析云垂直结构的方法及其应用研究[J]. 气象, 2010, 36(11): 50-58.
[31]  周冰雪, 朱朗峰, 吴昊. 微波辐射计反演大气廓线精度及降水预报应用[J]. 应用气象学报, 2023, 34(6): 717-728.
[32]  傅新姝, 谈建国. 地基微波辐射计探测资料质量控制方法[J]. 应用气象学报, 2017, 28(2): 209-217.
[33]  曹玉杰, 闵锦忠, 赵新宇. 地基微波辐射计资料的质量控制及同化应用研究[J]. 气象科学, 2024, 44(3): 536-547.

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