RPG-HATPRO-G3地基微波輻射計(jì)反演產(chǎn)品評(píng)估

張秋晨，龔佃利，馮俊杰

(1. 山東省人民政府人工影響天氣辦公室，山東 濟(jì)南 250031； 2. 濟(jì)南市章丘區(qū)氣象局，山東 濟(jì)南 250200)

RPG-HATPRO-G3地基微波輻射計(jì)反演產(chǎn)品評(píng)估

張秋晨1，龔佃利1，馮俊杰2

(1. 山東省人民政府人工影響天氣辦公室，山東 濟(jì)南 250031； 2. 濟(jì)南市章丘區(qū)氣象局，山東 濟(jì)南 250200)

RPG-HATPRO-G3地基微波輻射計(jì)采用“多通道并行測(cè)量技術(shù)”，性能穩(wěn)定，反演精度高。應(yīng)用該微波輻射計(jì)和常規(guī)L波段探空數(shù)據(jù)，比較了微波輻射計(jì)反演數(shù)據(jù)與探空測(cè)值的差異。結(jié)果表明：溫度、水汽密度與常規(guī)探空資料比較有很好的線性相關(guān)性，對(duì)儀器維護(hù)后可以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量；相對(duì)濕度數(shù)據(jù)離散度較高。比較無降水時(shí)不同高度下微波輻射計(jì)反演數(shù)據(jù)的精度，溫度在1 000 m以下低層平均誤差和均方根誤差較小；水汽密度的平均誤差和均方根誤差均為近地面較大，隨高度而減?。幌鄬?duì)濕度的平均誤差和均方根誤差都明顯較大，溫度和水汽密度的準(zhǔn)確性高于相對(duì)濕度。降水時(shí)不同高度的溫度、水汽密度和相對(duì)濕度的平均誤差和均方根誤差變化趨勢(shì)均與無降水時(shí)相似，但是誤差值明顯偏大；降水時(shí)反演溫度在2 000 m以下誤差較小，水汽密度在3 000 m以下反演值較探空測(cè)值大，相對(duì)濕度在降水時(shí)的誤差較大。

地基微波輻射計(jì)； 反演產(chǎn)品； L波段探空

引言

地基微波輻射計(jì)是觀測(cè)不同高度下大氣參數(shù)的新型設(shè)備，可以同時(shí)反演高垂直分辨率的大氣溫度、濕度、液態(tài)水廓線和大氣垂直積分水汽、云液態(tài)水總量等數(shù)據(jù)，具有可無人值守連續(xù)工作、高時(shí)間和空間分辨率、操作簡潔方便等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為遙感大氣水汽和云液態(tài)水總量的有力工具。利用地基微波輻射計(jì)，可以高效、準(zhǔn)確觀測(cè)降水前后云中水汽和液態(tài)水含量分布和變化，可為人工增雨作業(yè)提供有力的監(jiān)測(cè)手段[1-5]。

地基微波輻射計(jì)作為一種新型探測(cè)設(shè)備，對(duì)其探測(cè)性能和反演產(chǎn)品的精度進(jìn)行評(píng)估是一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。主要分析方法是將其反演數(shù)據(jù)與其他探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了一系列研究[6-10]。劉建忠等[6]利用北京大型活動(dòng)期間探空和微波輻射計(jì)資料，采用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)反演的不同時(shí)次、不同高度下溫度和相對(duì)濕度進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，指出降水對(duì)微波輻射計(jì)觀測(cè)的準(zhǔn)確性有一定影響。徐桂榮等[7]利用同址GPS無線電探空和GPS/MET數(shù)據(jù)對(duì)微波輻射計(jì)反演的溫度、水汽密度和相對(duì)濕度進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明，微波輻射計(jì)反演的溫度和水汽密度廓線與GPS無線電探空結(jié)果對(duì)比具有很好的正相關(guān)，而相對(duì)濕度的正相關(guān)系數(shù)則受天氣影響較明顯。高金輝等[8]利用地基微波輻射計(jì)遙感的雨區(qū)云層光學(xué)厚度來推算降雨量，并將結(jié)果與地面翻斗式雨量計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，微波輻射計(jì)反演雨量數(shù)據(jù)有一定可靠性。張文剛等[9]利用武漢站高時(shí)空分辨率探空資料與同址的MP-3000A型地基微波輻射計(jì)資料，分析了探測(cè)數(shù)據(jù)的日變化和時(shí)間序列變化特征，結(jié)果表明，微波輻射計(jì)對(duì)溫度的探測(cè)偏差大值區(qū)出現(xiàn)在午后，相對(duì)濕度和水汽密度的探測(cè)偏差大值區(qū)則在凌晨，且降水特別是強(qiáng)降水會(huì)對(duì)微波輻射計(jì)的探測(cè)準(zhǔn)確度產(chǎn)生較明顯的影響。Chan[10]利用微波輻射計(jì)反演的溫度、大氣可降水量和K指數(shù)，與香港探空資料和GPS數(shù)據(jù)分別進(jìn)行對(duì)比分析，并利用微波輻射計(jì)資料分析了兩個(gè)強(qiáng)對(duì)流天氣過程，結(jié)果表明，微波輻射計(jì)與探空觀測(cè)資料數(shù)據(jù)存在一定差異，但其仍可為天氣預(yù)報(bào)提供有用信息。

目前，國內(nèi)應(yīng)用較多的是以美國MP-3000A為代表、以“串行常規(guī)合成器變頻技術(shù)”為基礎(chǔ)的地基微波輻射計(jì)[7,9,11]，而德國RPG公司研制的RPG-HATPRO-G3地基多通道微波輻射計(jì)(以下簡稱“RPG”)采用“多通道并行測(cè)量技術(shù)”，有一定的技術(shù)特點(diǎn)。此文對(duì)該微波輻射計(jì)資料和探空數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，定量分析不同高度上反演產(chǎn)品的誤差分布特征，了解設(shè)備性能和產(chǎn)品特點(diǎn)，為業(yè)務(wù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 RPG地基微波輻射計(jì)簡介

RPG為14通道地基微波輻射計(jì)，主要由微波掃描鏡、分光鏡、微波接收器組、微波窗口、紅外輻射計(jì)、方位定位儀、內(nèi)置定標(biāo)黑體、鼓風(fēng)機(jī)、加熱器、降雨傳感器、地面氣象傳感器、GPS時(shí)鐘、電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信光纖和穩(wěn)固支架等構(gòu)成。儀器掃描鏡接收到的大氣微波信號(hào)被分光鏡分為兩束，其中一束是頻率為22～32 GHz的7個(gè)微波信號(hào)，該頻率段的大氣衰減主要特征是水汽衰減，用于反演大氣濕度特征；另一束為51～59 GHz的7個(gè)微波信號(hào)，其大氣衰減主要特征是氧氣衰減，用于反演大氣溫度特征。兩束微波信號(hào)分別被7通道并行濕度接收器和7通道并行溫度接收器接收，即“多通道并行測(cè)量技術(shù)”。

RPG微波輻射計(jì)根據(jù)接收到不同頻率下的輻射信息，產(chǎn)生電壓信號(hào)(0級(jí)數(shù)據(jù))，由定標(biāo)結(jié)果將電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為亮溫?cái)?shù)據(jù)(1級(jí)數(shù)據(jù))。根據(jù)亮溫?cái)?shù)據(jù)，利用當(dāng)?shù)囟嗄晏娇召Y料正向模擬大氣微波輻射，并結(jié)合RPG自帶的紅外儀和地面微型氣象站，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法反演0～10 km的溫度、濕度、液態(tài)水廓線、綜合水汽含量(IWV，即單位面積上的整層水汽積分量)和液態(tài)水路徑(LWP，即單位面積垂直氣柱內(nèi)積分的液態(tài)水含量)等2級(jí)數(shù)據(jù)。RPG可以獲得的數(shù)據(jù)產(chǎn)品見表1，0～2級(jí)數(shù)據(jù)均可以同時(shí)保存。

RPG主要有3種掃描方式：

1)天頂掃描：適合于在較低垂直分辨率情況下獲取0～10 km對(duì)流層不同高度大氣溫度、濕度、液態(tài)水和氣態(tài)水等數(shù)據(jù)，2 min左右形成0～10 km溫、濕度廓線，1～2 s可以完成LWP和IWV的采集。

表1 RPG的數(shù)據(jù)產(chǎn)品

Table 1 Data products of RPG microwave radiometer

0級(jí)數(shù)據(jù)1級(jí)數(shù)據(jù)2級(jí)數(shù)據(jù)其他數(shù)據(jù)檢測(cè)器電壓數(shù)據(jù)亮溫邊界層亮溫紅外儀數(shù)據(jù)邊界層溫度廓線對(duì)流層溫度廓線對(duì)流層濕度廓線液態(tài)水廓線液態(tài)水路徑綜合水汽含量大氣消光地面氣象參數(shù)降水狀況云底高度對(duì)流穩(wěn)定指數(shù)內(nèi)務(wù)數(shù)據(jù)

2)邊界層掃描：針對(duì)0～1.2 km大氣邊界層溫度廓線，使用“邊界層掃描模式”可以提高垂直分辨率和準(zhǔn)確性。輻射計(jì)掃描天線在5～90°之間進(jìn)行仰角掃描，以便獲取更多的相關(guān)信息，所利用的頻率為54.9～58.0 GHz。RPG可在2 min左右完成對(duì)邊界層溫度的掃描并形成邊界層溫度廓線，能夠清晰捕捉邊界層逆溫過程。

3)全天空2D掃描：針對(duì)IWV和LWP數(shù)據(jù)，RPG配有可360°旋轉(zhuǎn)的方位儀，同時(shí)掃描天線的仰角也可以在0～90°移動(dòng)，用戶可以通過軟件設(shè)置方位角和掃描天線仰角的起始、間隔和終止角度，可以獲得大氣不同高度、不同方位的LWP和IWV數(shù)據(jù)。

根據(jù)觀測(cè)需要對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)置，以上3種掃描方式可以交替進(jìn)行，也可以單獨(dú)使用某一種掃描方式。

2 RPG地基微波輻射計(jì)反演產(chǎn)品評(píng)估

2.1 數(shù)據(jù)資料和評(píng)價(jià)方法

為了比較RPG反演大氣溫度、水汽密度和相對(duì)濕度的準(zhǔn)確性，選取在天頂和邊界層觀測(cè)模式下反演數(shù)據(jù)與濟(jì)南章丘站同時(shí)刻同高度探空數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

章丘探空站每天兩次施放探空球，時(shí)間為07:15和19:15，使用的探空儀為GTS1型數(shù)字式探空儀。由于探空球上升至10 km高度需要大約27 min，所以選取07:15—07:42和19:15—19:42微波輻射計(jì)溫度、水汽密度和相對(duì)濕度數(shù)據(jù)平均值，與對(duì)應(yīng)時(shí)間的探空數(shù)據(jù)對(duì)比。探空數(shù)據(jù)利用“L波段(1型)高空氣象觀測(cè)系統(tǒng)軟件(V3.31)”轉(zhuǎn)換為等50 m間隔數(shù)據(jù)。RPG產(chǎn)品資料從地面至10 km內(nèi)共有93層， 考慮到不同高度資料的日常業(yè)務(wù)使用，選擇二者的對(duì)比高度為50 m、100 m、150 m、200 m、250 m、400 m、550 m、700 m、800 m、900 m、1 000 m、1 150 m、1 300 m、1 600 m、2 000 m、2 500 m、3 100 m、3 900 m、5 000 m、7 000 m和9 000 m，共21層。微波輻射計(jì)的數(shù)據(jù)均為反演數(shù)據(jù)，L波段探空中溫度(t)和相對(duì)濕度(RH)數(shù)據(jù)為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，而水汽密度(ρv)是根據(jù)t和RH的計(jì)算數(shù)據(jù)[12]。

為了表明儀器的日常維護(hù)對(duì)反演數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的影響，將對(duì)比時(shí)間分為A、B、C三個(gè)時(shí)段，其中A時(shí)段儀器安裝于章丘市氣象局，緊靠L波段探空站，儀器運(yùn)行處于調(diào)試階段，數(shù)據(jù)測(cè)量和保存正常，但是該時(shí)段內(nèi)儀器運(yùn)行較不穩(wěn)定，出現(xiàn)過兩次中斷；B時(shí)段儀器剛安裝于山東省氣象局院內(nèi)“人影樓”頂，距離章丘探空站約50 km，該時(shí)期為新更換了微波窗口且經(jīng)過一系列調(diào)試基本運(yùn)行穩(wěn)定的時(shí)期；C時(shí)段儀器位置同B時(shí)段，該時(shí)段為清潔微波窗口、進(jìn)行液氮定標(biāo)后，儀器穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)期。每個(gè)時(shí)段的時(shí)間和數(shù)據(jù)量見表2，其中每個(gè)時(shí)次包含21個(gè)高度層、兩種方式獲得的溫度、水汽密度和相對(duì)濕度數(shù)據(jù)。

表2 對(duì)比時(shí)段和數(shù)據(jù)量

Table 2 Comparing periods and data quantities

時(shí)段起止時(shí)間數(shù)據(jù)量A2014年1月16日—3月24日125個(gè)時(shí)次、15750個(gè)數(shù)據(jù)B2014年8月22日—10月7日91個(gè)時(shí)次、11466個(gè)數(shù)據(jù)C2014年10月24日—11月4日22個(gè)時(shí)次、7062個(gè)數(shù)據(jù)

為了比較RPG地基微波輻射計(jì)反演數(shù)據(jù)的精度，計(jì)算了相同高度層上微波輻射計(jì)與探空儀獲得的溫度、水汽密度和相對(duì)濕度數(shù)據(jù)的平均誤差(MB)和均方根誤差(RMSE)，MB和RMSE計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

(1)(2)兩式中，X為地基微波輻射計(jì)探測(cè)值，Y為L波段探空值，n為探測(cè)樣本數(shù)。

由于地基微波輻射計(jì)在晴天、有云無雨和降水時(shí)的探測(cè)原理和反演方法不同，出現(xiàn)降水時(shí)的大氣微波特征與雨滴的散射有關(guān)，因此要同時(shí)考慮雨滴譜特征，不能簡單沿用有云無雨時(shí)的反演方法。在降水持續(xù)時(shí)間長或者降水量較大時(shí)，雨水附著在RPG微波窗口上，會(huì)影響天線的測(cè)量精度[6,13-16]， 此時(shí)RPG反演數(shù)據(jù)會(huì)有失真現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為反演數(shù)據(jù)不隨時(shí)間和高度變化，直至降水減小、結(jié)束后，數(shù)據(jù)會(huì)恢復(fù)正常。因此在處理降水RPG數(shù)據(jù)時(shí)均將失真數(shù)據(jù)剔除，僅保留了B、C時(shí)段中11組降水較小時(shí)段且沒有失真的數(shù)據(jù)。微波輻射計(jì)自帶降水傳感器，對(duì)降水比較敏感，因此降水時(shí)間以微波輻射計(jì)觀測(cè)為主。

2.2 同高度下產(chǎn)品對(duì)比

圖1所示為A、B、C共3個(gè)時(shí)段無降水時(shí)RPG地基微波輻射計(jì)所測(cè)溫度、水汽密度和相對(duì)濕度與章丘L波段探空同時(shí)刻同高度所測(cè)數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖。

圖1 RPG地基微波輻射計(jì)所測(cè)溫度(a)、水汽密度(b)和相對(duì)濕度(c)與章丘L波段探空雷達(dá)比較Fig.1 Temperature (a), water vapor density (b) and relative humidity(c) measured by RPG microwave radiometer and radiosonde in Zhangqiu station

由圖1a可見，二者所測(cè)溫度在A和C時(shí)段線性關(guān)系均較好，具有較高的一致性，相關(guān)系數(shù)均為0.99，且通過了置信度為0.001的顯著性水平檢驗(yàn)。A時(shí)段二者探測(cè)溫度相對(duì)誤差(微波輻射計(jì)測(cè)值和探空測(cè)值的差值與微波輻射計(jì)測(cè)值之比)為11%，C時(shí)段為-3%。B時(shí)段散點(diǎn)圖上看，線性關(guān)系較A、C時(shí)段差，特別是小于0 ℃大部分?jǐn)?shù)據(jù)分布在Y=X線以上，說明在大氣高層溫度小于0 ℃時(shí)，RPG反演溫度較探空略低，而B時(shí)段所有溫度數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差為6%，說明整體來看在B時(shí)段RPG反演溫度較高。

圖1b所示水汽密度一致性與溫度相比稍差，但總體趨勢(shì)一致，A、B、C三個(gè)時(shí)段的相關(guān)系數(shù)分別為0.84、0.93和0.94；相對(duì)誤差分別為-42.44%、19.27%和-6.28%。

B、C時(shí)段雖然微波輻射計(jì)距離探空站較遠(yuǎn)，但溫度和水汽密度數(shù)據(jù)相關(guān)性和誤差均較A時(shí)段好，說明儀器安裝運(yùn)行后的調(diào)試、更換微波窗口和液氮定標(biāo)等維護(hù)工作，對(duì)提高探測(cè)準(zhǔn)確性有一定促進(jìn)作用。地基微波輻射計(jì)反演大氣溫度、水汽密度與常規(guī)探空資料比較有很好的相關(guān)性，國內(nèi)不同地區(qū)的對(duì)比分析也得出相似結(jié)論[13-14,17]，這說明地基微波輻射計(jì)可以彌補(bǔ)常規(guī)高空探測(cè)時(shí)空密度的不足，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

從圖1c可以看到，相對(duì)濕度數(shù)據(jù)質(zhì)量明顯不如前兩者高，離散度較大，沒有一定的相關(guān)性，大部分?jǐn)?shù)據(jù)在Y=X線以下，說明RPG反演相對(duì)濕度數(shù)據(jù)偏高，因此在日常應(yīng)用RPG反演的相對(duì)濕度數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)與其他探測(cè)設(shè)備結(jié)合分析。

2.3 不同高度下產(chǎn)品對(duì)比

為了比較不同高度下RPG地基微波輻射計(jì)反演數(shù)據(jù)的精度，由于B、C時(shí)段微波輻射計(jì)位于同一地址，選取這兩個(gè)時(shí)期內(nèi)無降水時(shí)21個(gè)高度層RPG和探空所測(cè)得溫度、水汽密度和相對(duì)濕度，并計(jì)算平均誤差和均方根誤差，其中07:15—07:42數(shù)據(jù)代表白天，19:15—19:42數(shù)據(jù)代表夜間。結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同高度層溫度(a)、水汽密度(b)和相對(duì)濕度(c)的平均誤差和均方根誤差Fig.2 Comparison of mean errors and root-mean-square errors of temperature (a), water vapor density (b) and relative humidity(c) in different heights

由圖2a可以看出，1 000 m以下白天和夜間溫度平均誤差在-0.2～0.4 ℃之間，即兩種方式獲得的溫度在低層比較接近；1 500～5 000 m白天平均誤差在-0.4～0 ℃之間，變化較小；夜間在1 000～4 500 m平均誤差在-0.4～0.4 ℃之間，波動(dòng)較白天大；5 000 m以上白天和夜間平均誤差均較大，變化趨勢(shì)為隨高度增高，至7 000 m達(dá)到最大值后又隨高度增加而減小。均方根誤差白天和夜間均隨高度增加而增大，與白天相比3 000～7 000 m夜間均方根誤差較小。

圖2b所示不同高度水汽密度的平均誤差和均方根誤差均為近地面較大，隨高度而減小。5 000 m以下平均誤差數(shù)值變化較劇烈，且平均誤差基本為正值，說明RPG反演水汽密度數(shù)據(jù)偏大；白天較夜間波動(dòng)大，特別在1 000 m左右，白天平均誤差最大，達(dá)0.7 g/m3。平均誤差和均方根誤差均隨高度減小與大氣高層水汽含量較低有關(guān)。此外，由于探空資料中并沒有水汽測(cè)量值，在計(jì)算過程中也會(huì)帶來一定的誤差，使得儀器觀測(cè)結(jié)果與探空水汽的差異變大。

與溫度、水汽密度相比，圖2c所示的相對(duì)濕度平均誤差和均方根誤差都明顯較大，這反映出微波輻射計(jì)在反演相對(duì)濕度上準(zhǔn)確性稍差。平均誤差白天和夜間基本均為正值，說明微波輻射計(jì)反演相對(duì)濕度數(shù)據(jù)偏大，但是夜間平均誤差數(shù)值比白天小，說明微波輻射計(jì)夜間反演相對(duì)濕度誤差較??；白天和夜間均在1 000 m、4 000 m和7 000 m比其他高度誤差大。均方根誤差白天為先增大后減小的趨勢(shì)，夜間在4 000 m以下隨高度增加，至5 000 m略有減小后又增加；白天和夜間均在4 000～5 000 m左右達(dá)到最大值，6 000 m以下夜間誤差比白天小。

3 降水對(duì)反演產(chǎn)品的影響

與第2.3節(jié)相同，計(jì)算B、C時(shí)期內(nèi)11個(gè)降水時(shí)次兩種方式所測(cè)得不同高度下溫度、水汽密度和相對(duì)濕度的平均誤差、均方根誤差，結(jié)果如圖3所示。

溫度、水汽密度和相對(duì)濕度的平均誤差、均方根誤差與圖2所示的無降水時(shí)的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)基本一致，但誤差范圍均有所增加，說明弱降水對(duì)RPG反演精度的準(zhǔn)確性有一定影響。圖3a所示溫度的平均誤差在2 000 m以下大于0，變化較小，2 000 m以上隨高度增加而減?。痪礁`差在0.8～3.5 ℃之間，2 000 m以下在1 ℃附近波動(dòng)，總體變化趨勢(shì)隨高度增加。圖3b所示降水天氣中不同高度水汽密度的平均誤差和均方根誤差與無降水時(shí)相似，為近地面較大，隨高度而減??；3 000 m以下，平均誤差在0.5～1.5 g/m3，說明RPG反演值偏大；均方根誤差在1～2.7 g/m3之間。相對(duì)濕度與無降水時(shí)的分析相比(圖3c)，變化趨勢(shì)一致，誤差值均為先增大后減小，但是誤差的絕對(duì)值明顯偏大；平均誤差在3 000 m以下為正值，特別在1 000 m附近最大，說明在此高度范圍內(nèi)RPG反演值偏大，均方根誤差在1 000 m以下數(shù)值在10%附近波動(dòng)，其他高度誤差均較大。

圖3 降水時(shí)不同高度層溫度(a)、水汽密度(b)和相對(duì)濕度(c)的平均誤差和均方根誤差Fig.3 Comparison of mean errors and root-mean-square errors of temperature (a), water vapor density (b) and relative humidity(c) in different heights on rainy days

4 結(jié)論

1)RPG反演大氣溫度與常規(guī)探空資料有很好的相關(guān)性；反演的水汽密度相關(guān)性較好，儀器安裝運(yùn)行后的調(diào)試、清潔和更換微波窗口及液氮定標(biāo)等維護(hù)工作，對(duì)水汽密度準(zhǔn)確性的提高有促進(jìn)作用；反演相對(duì)濕度數(shù)據(jù)離散度較高。

2)通過比較無降水時(shí)不同高度下RPG反演溫度的平均誤差和均方根誤差可知，溫度在1 000 m以下低層準(zhǔn)確性較好，平均誤差和均方根誤差均隨高度增加而增大；水汽密度的平均誤差和均方根誤差均為近地面較大，隨高度而減小，這與大氣高層水汽含量較低有關(guān)；相對(duì)濕度的平均誤差和均方根誤差都明顯較溫度和水汽密度大，這反映出微波輻射計(jì)在反演相對(duì)濕度上準(zhǔn)確性稍差。

3)對(duì)11個(gè)降水時(shí)次內(nèi)不同高度下溫度、水汽密度和相對(duì)濕度的平均誤差和均方根誤差進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明其變化趨勢(shì)均與無降水時(shí)相似，但是誤差值明顯偏大。溫度在2 000 m以下誤差較小，水汽密度在3 000 m以下反演值較探空測(cè)值大，相對(duì)濕度在降水天氣下的平均誤差和均方根誤差同樣明顯較溫度和水汽密度大。

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Analysis and evaluation of retrieval products of RPG-HATPRO-G3 ground-based microwave radiometers

ZHANG Qiuchen1, GONG Dianli1, FENG Junjie2

(1.ShandongWeatherModificationOffice,Jinan250031,China; 2.ZhangqiuMeteorologicalBureau,Jinan250200,China)

A high speed parallel detection of all 14 channels is offered by RPG-HTAPRO-G3 ground-based microwave radiometer (short for RPG) with its two 7-channel-filterbank receivers. Analysis and evaluation of retrieval products of RPG microwave radiometer, such as temperature, water vapor density and relative humidity, are presented in this paper. The results show that there have better correlation and consistency between observations of RPG and radiosonde for temperature and water vapor density than for relative humidity. The quality of RPG observations can be improved by maintenance. By comparing the mean bias (MB) and root-mean-square error (RMSE) of retrieval products from RPG in different height on non-rainy days, it is revealed that temperature below 1 000 m is generally more accurate than in other heights. The value of MB and RMSE of water vapor density are higher close to the ground and decrease with height. Significant errors lie in RPG relative humidity observations, which is less accurate than those of temperature and water vapor density. On rainy days, the variation trends of MB and RMSE of temperature, water vapor density and relative humidity in different heights are similar to those in non-rainy days, but the values of MB and RMSE are larger. The MB and RMSE of temperature below 2 000 m are less than those in other heights. The MB of water vapor density below 3 000 m are positive, which means retrieval water vapor density are larger than those measured by radiosonde. MB and RMSE of relative humidity are higher than temperature and water vapor density obviously on rainy days as well.

ground-based microwave radiometer; retrieval product; L-band radiosonde

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.01.012. (in Chinese)

2016-06-06；

2017-03-01

山東省氣象局重點(diǎn)科研項(xiàng)目(2012sdqxz07)；山東省氣象局青年科研基金項(xiàng)目(2015SDQN16)

張秋晨(1986—)，女，碩士，工程師，主要從事人工影響天氣工作，zqc0904@163.com。

P732

A

2096-3599(2017)01-0104-07

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.01.012

張秋晨，龔佃利，馮俊杰. RPG-HATPRO-G3地基微波輻射計(jì)反演產(chǎn)品評(píng)估[J].海洋氣象學(xué)報(bào)，2017，37(1)：104-110.

Zhang Qiuchen, Gong Dianli, Feng Junjie. Analysis and evaluation of retrieval products of RPG-HATPRO-G3 ground-based microwave radiometers[J].Journal of Marine Meteorology,2017,37(1):104-110.