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申请/专利权人：国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)

摘要：本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种风云气象卫星协同多数据源的三维云融合分析的方法。方法包括：获取输入数据，生成三维云融合分析系统需要的数据格式以及变量，多源观测质量控制和多源观测预处理，三维云信息协同融合分析中特别是所述云底高度计算和所述三维云高算法、三维云检验。本发明是采集包括风云气象卫星、雷达、地面常规观测和高空探测多种观测数据，针对中国区域特征以及中国现有资料特点，通过三维云融合分析方法，所获得的三维云场信息可作为临近预报的初始场，能够改善模式定量降水预报能力，并可用于天气诊断分析，提高天气预报准确率，解决了本领域三维云信息观测手段缺乏、目前观测中时空分辨率低不能满足应用的问题，为有效的防御各类气象灾害以及次生灾害提供方法和数据。

主权项：1.一种风云气象卫星协同多数据源的三维云融合分析的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取输入数据；需要输入的数据包括：模式背景场数据、地面观测数据、探空数据，雷达数据、静止气象卫星成像仪通道数据、气象卫星探测通道数据，包括通过CIMISS获取、FTP获取和资源池获取方式；S2、生成三维云融合分析系统需要的数据格式以及变量；S3、多源观测质量控制和多源观测预处理；S4、三维云信息协同融合分析，包括：云底高度计算和三维云云顶高度算法；S41所述云底高度计算步骤如下：步骤1、根据模式比湿和温度计算相对湿度：当气温度高于－40℃时， 在气温低于－40℃时， 其中，T为气温，p为气压，E为水汽压，Es为饱和水汽压， 其中，RH为相对湿度，q为比湿；步骤2、利用相对湿度推算出的云底高度，气压和海拔高度的转换方法如下： 式中，Pa——当地平均大气压，kPa；H——当地海拔高度，m；步骤3、利用相对湿度判断云底高度的方法；步骤31云底高的判定方法；步骤311、从廓线低端开始向上一直延伸至廓线顶端；步骤312、第一层云云底高的判定：无论该湿度层为近地面层还是非近地面层，其相对湿度rhRH≥84％，该湿度层所在高度即可作为第一层云云底高；步骤313、第二层及以上各层云云底高的判定：湿度层的相对湿度RH≥84％，该湿度层所在高度即可作为该层云云底高；步骤32云底高计算步骤；步骤321、利用相对湿度廓线由地面往上；步骤322、通过比湿和气温计算出相对湿度；步骤323、根据相对湿度廓线，确定相对湿度≥84％时所在的气压层；利用气压转换为海拔高度，通过地面海拔高度，得出云底距离地面的高度；步骤324、云层的最小云底高度设定为地面高度h，地面高度h＝500米；当距离地面高度小于h时，继续由此层向上判断；步骤325、满足上述条件时，得出云底高度值；S42所述三维云云顶高算法如下：S421处理辅助数据，计算通道晴空辐射率廓线、云顶发射率等；S422对NWP大气廓线进行时空插值，得到像元点处的大气廓线；先处理单层辐射中心，它们不需要依赖其它像元；再处理单层水云，因为它们受单层辐射中心像元的影响；当单层冰云的局地辐射中心计算指出其为多层云时，则需要多层云的信息，才能处理单层冰云；然后处理多层云；最后处理剩下的云像元；S423根据云类型相态确定初猜值及误差；S424通过本算法的迭代计算，使代价函数最小，得到反演的云顶温度；利用最优估计法进行迭代反演，该方法可以方便地增加、减少观测及反演参数，并可自动估计反演误差；定义代价函数φ，有φ＝x-xaTSa-1x-xa+y-fxTSy-1y-fx1其中，x为反演参数向量，xa为x的初始值，y为观测向量，fx表示前向辐射传输模式的计算值，Sa是x与xa的误差协方差矩阵，Sy是y与f的误差协方差矩阵；在每一次递归反演中，向量x的增量表示为：δx＝SxKTSy-1[y-fx]+Sa-1xa-x2其中，K表示Jacobian或Kernel矩阵，Sx是x的误差协方差矩阵，表示为：Sx＝Sa-1+KTSy-1K-13当满足以下收敛条件时，迭代终止 其中，p为x的反演参数个数；在三维云高算法中，向量y和x的定义如下： Kernel矩阵由fx中每一个元素的偏微分组成，表示为： K中的第一列表示为： K中的第二列表示为： K中每一个与β1211μm相关的前向模式偏微分可表示为： S425通过NWP温度廓线插值得到对应的云顶气压和云顶高度；如低层有逆温存在，则根据地面温度和云顶温度及预先设定的温度直减率，求得对应的云顶高度；S5、三维云检验；上述公式中，参数涵义如下：BT：亮温；BTD：亮温差；Tc：大气层顶测的云的温度；e：云发射率；β：任意两个通道的β参数，β1，2＝ln1-e2ln1-e1；e1、e2分别表示两个通道的云发射率；Tc_ap：云的初始温度；e_ap：云的初始发射率；β_ap：β参数的初始值；Teff：云的温度；ec：云发射率；tac：云层上沿传感器到云像元的传输；Rcld：有云条件下的辐射率；Rclr：晴空辐射率。

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