一種高精度微波地表發(fā)射率的計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地表發(fā)射率計算技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高精度微波地表發(fā)射率的計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]提高微波地表發(fā)射率的模擬精度和可靠性，對完善陸面同化過程、提高天氣預(yù)報精度，改進(jìn)水文和生態(tài)環(huán)境的模型預(yù)報研究都具有重要的意義。微波由于具有獨特的優(yōu)勢，可以穿透云霧、雨雪、深入地表提供全天候的工作，更由于其對地表土壤水分含量的獨特敏感性，微波頻段的地表發(fā)射率被越來越多的應(yīng)用到氣候和生態(tài)模型中。當(dāng)前，微波地表發(fā)射率是同化各種衛(wèi)星微波輻射資料所需要的重要參數(shù)之一，在數(shù)值天氣預(yù)報模式的初始化中，需要通過最佳方法把衛(wèi)星輻射觀測值同化到數(shù)值預(yù)報領(lǐng)域中，同化過程中要運用前向模型模擬各種通道的衛(wèi)星輻射亮度或亮溫，而模擬精度受到表面發(fā)射率的影響，通常會去除存在較大模擬不確定性的輻射亮度數(shù)據(jù)。因此，微波地表發(fā)射率的精度大大降低了星載衛(wèi)星微波輻射計資料的利用率。隨著衛(wèi)星數(shù)據(jù)的獲取不斷增多，這就需要進(jìn)一步改進(jìn)目前的微波地表發(fā)射率的實現(xiàn)技術(shù)方法并提高精度，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)利用率。
[0003]當(dāng)前獲取地表發(fā)射率的技術(shù)有兩種:物理方法和半經(jīng)驗方法。物理方法側(cè)重于機(jī)理研究，輸入?yún)?shù)具有明確的物理涵義且理論基礎(chǔ)完善；半經(jīng)驗方法結(jié)合了理論分析和實驗測量，引入經(jīng)驗參數(shù)來優(yōu)化物理方法，同時參數(shù)也具有一定的物理涵義。
[0004]現(xiàn)在獲取地區(qū)地表發(fā)射率的方法是針對地表情況，要么人為選取一個方法，精度受限且無法提高，要么選取多個方法同時計算，然后取平均值。但是物理方法復(fù)雜、輸入?yún)?shù)多，部分參數(shù)現(xiàn)實中基本無法獲取，因此建立完全的物理發(fā)射模型是非常困難的。半經(jīng)驗實現(xiàn)方法由于被人為地指定某個特定概率模型而導(dǎo)致其效能與預(yù)測能力均減弱，本質(zhì)上都是對物理過程的近似。實踐表明，沒有任何一個半經(jīng)驗實現(xiàn)方法能夠在任何情況下都提供始終優(yōu)于其它方法的預(yù)報結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種高精度微波地表發(fā)射率的計算方法，可以極大的提高地表發(fā)射率的獲取精度。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]—種高精度微波地表發(fā)射率的計算方法，包括:
[0008]根據(jù)所要求的時空分辨率建立規(guī)范化的時空物理統(tǒng)一的樣本數(shù)據(jù)集；
[0009]構(gòu)建計算地表發(fā)射率的模型集，該模型集中包含了各種地表發(fā)射率模型；
[0010]根據(jù)所述樣本數(shù)據(jù)集中的輸入數(shù)據(jù)集與模型集計算得到模擬數(shù)據(jù)集；
[0011]利用線性回歸技術(shù)根據(jù)所述樣本數(shù)據(jù)集中實測數(shù)據(jù)集校正模擬數(shù)據(jù)集的系統(tǒng)誤差，得到誤差校正后的模擬數(shù)據(jù)集；
[0012]采用基于預(yù)定可信區(qū)間的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇一定的評價時長；
[0013]基于貝葉斯理論，采用貝葉斯模型平均的方法，用實測數(shù)據(jù)集對誤差校正后的模擬數(shù)據(jù)集進(jìn)行評價，并得到模擬數(shù)據(jù)集中各模型的權(quán)重；
[0014]根據(jù)模擬數(shù)據(jù)集中各模型的權(quán)重結(jié)合加權(quán)平均法得到地表發(fā)射率的計算結(jié)果。
[0015]進(jìn)一步的，所述樣本數(shù)據(jù)集包括:
[0016]輸入數(shù)據(jù)集和地表發(fā)射率實測數(shù)據(jù)集;其中，輸入數(shù)據(jù)集是地表溫度與水分所需地表狀態(tài)量的時間序列集，實測數(shù)據(jù)集是利用輻射計實測的地表發(fā)射率實際觀測值的時間序列集。
[0017]進(jìn)一步的，所述模擬數(shù)據(jù)集為利用模型集和輸入數(shù)據(jù)集模擬得到的地表發(fā)射率模擬集。
[0018]進(jìn)一步的，所述預(yù)定可信區(qū)間為90%的可信區(qū)間。
[0019]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，通過校正了系統(tǒng)誤差，然后評估不同模擬方法的模擬能力，最后綜合多模型優(yōu)勢，進(jìn)而提高微波地表發(fā)射率的模擬和預(yù)測精度。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0021]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種高精度微波地表發(fā)射率的計算方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種高精度微波地表發(fā)射率的計算方法的流程圖。如圖1所示，其主要包括如下步驟:
[0024]步驟11、根據(jù)所要求的時空分辨率建立規(guī)范化的時空物理統(tǒng)一的樣本數(shù)據(jù)集。
[0025]本發(fā)明實施例中，所述樣本數(shù)據(jù)集包括:輸入數(shù)據(jù)集和地表發(fā)射率實測數(shù)據(jù)集，輸入數(shù)據(jù)集是地表溫度與水分等所需地表狀態(tài)量的時間序列集，實測數(shù)據(jù)集是利用輻射計實測的地表發(fā)射率實際觀測值的時間序列集。
[0026]步驟12、構(gòu)建計算地表發(fā)射率的模型集，模型集里面包括各種地表發(fā)射率模型。例如，現(xiàn)有的QP模型，QH模型和Wegmul Ier模型等。
[0027]步驟13、根據(jù)所述樣本數(shù)據(jù)集里面的輸入數(shù)據(jù)集和上步的模型集計算得到模擬數(shù)據(jù)集。
[0028]本發(fā)明實施例中，所述模擬數(shù)據(jù)集是指:利用模型集和輸入數(shù)據(jù)集模擬得到的地表發(fā)射率模擬集，二者是對應(yīng)的。
[0029]步驟14、利用線性回歸技術(shù)根據(jù)樣本數(shù)據(jù)集中的實測數(shù)據(jù)集校正模擬數(shù)據(jù)集的系統(tǒng)誤差，得到誤差校正后的模擬數(shù)據(jù)集。
[0030]所述的實測集為實際觀測數(shù)據(jù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，實測集可以通過現(xiàn)有技術(shù)來得到。
[0031]步驟15、采用基于預(yù)定可信區(qū)間的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇一定的評價時長。
[0032]所述預(yù)定可信區(qū)間為90%的可信區(qū)間。
[0033]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，所述一定的評價時長可以根據(jù)需求來確定。
[0034]步驟16、基于貝葉斯理論，采用貝葉斯模型平均的方法，用實測數(shù)據(jù)集對誤差校正后的模擬數(shù)據(jù)集進(jìn)行評價，并得到模擬數(shù)據(jù)集中各模型的權(quán)重。
[0035]步驟17、根據(jù)模擬數(shù)據(jù)集中各模型的權(quán)重結(jié)合加權(quán)平均法得到地表發(fā)射率的計算結(jié)果。
[0036]本發(fā)明實施例的上述方案中，首先校正了各模型的系統(tǒng)誤差，然后利用精度不斷提高的大量實際觀測數(shù)據(jù)評價各模型，最后將二者結(jié)合，從而極大的提高地表發(fā)射率的預(yù)測和模擬。
[0037]通過以上的實施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到上述實施例可以通過軟件實現(xiàn)，也可以借助軟件加必要的通用硬件平臺的方式來實現(xiàn)。基于這樣的理解，上述實施例的技術(shù)方案可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該軟件產(chǎn)品可以存儲在一個非易失性存儲介質(zhì)(可以是CD-R0M，U盤，移動硬盤等)中，包括若干指令用以使得一臺計算機(jī)設(shè)備(可以是個人計算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述的方法。
[0038]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種高精度微波地表發(fā)射率的計算方法，其特征在于，包括: 根據(jù)所要求的時空分辨率建立規(guī)范化的時空物理統(tǒng)一的樣本數(shù)據(jù)集； 構(gòu)建計算地表發(fā)射率的模型集，該模型集中包含了各種地表發(fā)射率模型； 根據(jù)所述樣本數(shù)據(jù)集中的輸入數(shù)據(jù)集與模型集計算得到模擬數(shù)據(jù)集； 利用線性回歸技術(shù)根據(jù)所述樣本數(shù)據(jù)集中實測數(shù)據(jù)集校正模擬數(shù)據(jù)集的系統(tǒng)誤差，得到誤差校正后的模擬數(shù)據(jù)集； 采用基于預(yù)定可信區(qū)間的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇一定的評價時長； 基于貝葉斯理論，采用貝葉斯模型平均的方法，用實測數(shù)據(jù)集對誤差校正后的模擬數(shù)據(jù)集進(jìn)行評價，并得到模擬數(shù)據(jù)集中各模型的權(quán)重； 根據(jù)模擬數(shù)據(jù)集中各模型的權(quán)重結(jié)合加權(quán)平均法得到地表發(fā)射率的計算結(jié)果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述樣本數(shù)據(jù)集包括: 輸入數(shù)據(jù)集和地表發(fā)射率實測數(shù)據(jù)集;其中，輸入數(shù)據(jù)集是地表溫度與水分所需地表狀態(tài)量的時間序列集，實測數(shù)據(jù)集是利用輻射計實測的地表發(fā)射率實際觀測值的時間序列集。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述模擬數(shù)據(jù)集為利用模型集和輸入數(shù)據(jù)集模擬得到的地表發(fā)射率模擬集。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定可信區(qū)間為90%的可信區(qū)間。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度微波地表發(fā)射率的計算方法，包括：根據(jù)所要求的時空分辨率建立規(guī)范化的時空物理統(tǒng)一的樣本數(shù)據(jù)集；構(gòu)建計算地表發(fā)射率的模型集；根據(jù)所述樣本數(shù)據(jù)集與計算地表發(fā)射率的模型集計算得到模擬集；利用線性回歸技術(shù)根據(jù)實測集校正模擬集的系統(tǒng)誤差，得到誤差校正后的模擬集；采用基于預(yù)定可信區(qū)間的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的評價時長；基于貝葉斯理論，采用貝葉斯模型平均的技術(shù)方法，用實測集對誤差校正后的模擬集進(jìn)行評價，并得到模擬集中各模型的權(quán)重；根據(jù)模擬集中各模型的權(quán)重結(jié)合加權(quán)平均法得到地表發(fā)射率的計算結(jié)果。通過采用本發(fā)明公開的方法，可以極大的提高地表發(fā)射率的獲取精度。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號】CN105590035
【申請?zhí)枴緾N201610158222
【發(fā)明人】付秀麗, 王博
【申請人】北京石油化工學(xué)院
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2016年3月18日