地基微波辐射计在珠峰地区的精度评估和应用研究.pdf

目录

摘要I

ABSTACTIII

1绪论1

1.1研究背景及意义1

1.2国内外研究现状2

1.2.1珠穆朗玛峰研究现状2

1.2.2微波辐射计研究现状3

1.3论文主要安排5

2仪器与资料6

2.1地基微波辐射计简介6

2.1.1地基微波辐射计观测原理6

2.1.2微波辐射计观测系统及输出产品介绍7

2.2数据来源与评估方法8

2.2.1资料来源8

2.2.2数据预处理及评估方法10

3基于单色辐射传输模型的探空亮温模拟12

3.1正向辐射传输的理论基础12

3.2基于MonoRTM的探空亮温模拟12

3.3模拟亮温与微波辐射计观测亮温的比较13

3.4本章小结16

4微波辐射计的大气廓线精度评估及特征分析17

4.1微波辐射计的大气廓线的观测精度17

4.1.1微波辐射计温度廓线的反演精度17

4.1.2微波辐射计相对湿度廓线的反演精度19

4.1.3微波辐射计水汽密度的反演精度20

4.2微波辐射计大气参数廓线的逐层修正方法22

4.3珠峰大本营大气参数的时空剖面特征24

4.4本章小结26

5微波辐射计在珠峰地区应用的不确定性27

5.1微波辐射计在不同天气条件下的不确定性28

5.2微波辐射计在珠峰地区与在低海拔地区的比较32

5.3微波辐射计在逆温条件下的不确定性34

5.4本章小结38

6结论与展望39

6.1本课题已完成工作总结39

6.2下一步工作及展望40

参考文献41

致谢49

攻读硕士学位期间取得的研究成果50

摘要

研究显示，高海拔地区对气候变化的响应特别敏感，珠穆朗玛峰地区作为“世界屋脊”，

被认为是全球气候变化的指标之一。然而，由于仪器问题、极端环境条件、地形复杂性、

高海拔山区台站管理困难以及对其科学重要性认识不足等因素，导致在高海拔复杂地形地

区进行的陆地表面科学研究中，长期可靠的气象观测和多尺度、多学科数据仍然匮乏。因

此，尽管面临极端地形和恶劣气候条件，寻找更加高效低成本的观测技术以获取珠穆朗玛

峰地区的大气数据仍然至关重要。这不仅有助于探索大气垂直特性，提供高海拔大气特征

信息，还能改善下游地区数值模型的预测能力。

目前，获取连续大气垂直剖面的方法主要包括探空法、卫星法以及主动/被动遥感法等。

尽管各种方法都有其优势和限制，但地基微波辐射计作为新兴的探测技术，填补了传统方

法的不足，为研究该地区中小尺度天气变化提供了持续的数据支持。然而，在珠穆朗玛峰

地区这种高海拔的极端环境下，其大气温湿度和水汽密度廓线的观测精度仍然存在未知。

为了解决上述问题，为珠峰地区的连续大气观测提供低成本的有效观测，本论文的主

要研究内容如下：

(1)本研究利用2022年安装在珠穆朗玛峰大本营的MWP967KV型微波辐射计的观测

数据和同址无线探空仪数据。通过单色辐射传输模型（MonoRTM）进行探空大气辐射亮度

温度（亮温）模拟，将微波辐射计观测的亮温值和大气温湿度及水汽密度廓线与探空模拟

亮温和观测数据进行比较，评估了微波辐射计在珠穆朗玛峰大本营的性能，评估内容包括

微波辐射计亮温的观测能力、大气参数廓线的反演精度。结果表明微波辐射计大气辐射亮

温观测具有很高的精度，显示出与模拟亮温相比的强相关性（R≈0.99）和仅有2.4K的偏

差。微波辐射计的大气温度廓线和水汽密度廓线表现出较高的精度，其相关系数分别为0.98

和0.91，平均偏差分别为2.10℃和-3.05%，而相对湿度的观测精度有待提高，表现为0.55

的相关系数和0.16g/