一种全球静止气象卫星海面温度单窗反演方法及装置与流程

本发明涉及气象卫星计算，特别是指一种全球静止气象卫星海面温度单窗反演方法及装置。

背景技术：

1、传统的海面温度现场测量方法无法及时监测大范围或全球范围的海面温度变化，卫星遥感能够提供大面积、实时观测的海面温度数据，为海面温度的监测提供了新的手段。气象卫星包括静止轨道气象卫星和极地轨道气象卫星，前者相对地球静止能够获得高时间分辨率的监测数据，后者星下点较低能够获得空间分辨率更高的监测数据。

2、目前风云三号极轨气象卫星能够获得全球覆盖的海面温度数据，然而红外海温资料受到云覆盖的影响，存在大量无规律的缺测。微波海温资料空间分辨率较低，且过境时间晚，无法为西北太平洋台风的发生发展提供近实时的监测海面温度资料。目前现有的极地轨道气象卫星的时间分辨率不能满足热带气旋监测的需要，尤其是对登陆的热带气旋的高时相监测。全球静止卫星拼图是全球不同星下点的静止轨道气象卫星监测数据的融合处理后的结果，很大程度上提高了监测数据的时间分辨率和空间分辨率，目前国家卫星气象中心获得的全球静止卫星拼图数据空间分辨率为4公里，时间分辨率为1小时。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种全球静止气象卫星海面温度单窗反演方法及装置，具有较高的精度，并能够解决传统方法中参数获取困难的问题。该方法适用于全球范围内的海面温度反演。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，一种全球静止气象卫星海面温度单窗反演方法，所述方法包括：

4、获取全球静止气象卫星数据，并进行拼接，以得到拼接的覆盖全球范围的静止气象卫星数据；

5、根据拼接的全球静止气象卫星数据，利用10.8μm的长波红外波段卫星数据及相关辅助数据建立海面温度反演模型，得到基于亮温计算得到的逐小时海面温度反演物理量；

6、根据全球静止气象卫星逐小时海面温度反演物理量，对反演全球海面温度数据进行空间插值及多点平滑处理，得到空间连续分布的插值全球海面温度数据；对所述插值及平滑处理后的全球海面温度数据通过相关系数、均方根误差值计算，进行与参考数据的交叉验证及精度评估，以检验反演海面温度参数的精度及可用性。

7、进一步的，获取全球静止气象卫星数据，包括：

8、从相关气象卫星数据网站或数据中心下载所需的验证数据；

9、对所述海面温度反演数据和验证数据进行预处理，以得到预处理数据；

10、提取所需的地理区域和时间范围内的海面温度反演数据和验证数据，并转换为统一的数据格式和空间分辨率；

11、建立海面温度反演模型时，以亮温bsensor为参数，定义温度参数l，a＝-68.6907，b＝0.5866，单窗算法使用了透射率和大气平均温度参数，如果将单窗算法转化为海面温度，则修改参数和方程，建立海面温度反演流程，根据温度反演公式：

12、

13、其中，bsensor为传感器接收到的热红外辐射亮度，ts表示海面温度，a，b为常量，其中，w1、w2、w3为权重，表示不同项对海面温度反演的贡献程度，w1反映了常量项a的贡献，w2反映了亮温项的贡献，w3反映了大气平均温度项的贡献，温度在-2℃至70℃，c，d通过如下公式计算：

14、c＝ελ×τλ×ω4

15、d＝w5(1-τλ)+w6[1+τλ(1-ελ)

16、其中，w4反映了海表发射率和大气透射率对参数c的贡献程度，w5反映了大气不透明度对参数d的贡献，w6反映了海表反射率对参数d的贡献，ελ表示海表在热红外波段的发射率，在无浪的情况下是0.98，τλ表示大气在热红外波段的大气透射率；

17、ta＝32.587-0.853×t0

18、τλ＝0.9836–0.1347×ω

19、式中，ta代表大气上升平均温度，t0表示近地表气温，ω表示大气柱状水汽含量，温度单位为开尔文k转化后的摄氏温度，亮温原始数据单位为k。

20、进一步的，根据全球静止气象卫星数据，反演海面温度，以得到全球静止气象卫星海面温度反演数据，包括：

21、根据全球静止气象卫星数据的特点和目标需求，建立单窗口海面温度反演模型；

22、根据所述反演模型，设置反演模型参数和配置，并使用历史观测数据进行模型训练，以得到训练后的反演模型；

23、将所述全球静止气象卫星数据输入至训练后的反演模型，以得到全球静止气象卫星海面温度单窗反演结果。

24、进一步，对所述反演数据进行空间插值和分析，以得到插值数据，包括：

25、根据反演数据的特点和需求，选择空间插值方法；

26、根据所述空间插值方法，设置相应的参数；

27、根据目标区域范围和分辨率要求，生成用于插值的网格；

28、将反演数据和插值参数输入到所述空间插值方法中，计算每个网格点的海面温度值。

29、进一步，对所述插值数据进行平滑处理，以得到空间插值和平滑处理后的全球静止气象卫星海面温度反演数据，包括：

30、对所述插值海面温度数据进行平滑处理，以得到平滑后的海面温度数据。

31、进一步，将插值和平滑处理后的全球静止气象卫星海面温度数据和验证数据进行统一时空尺度的处理，以得到通过验证评估后的全球静止气象卫星海面温度数据，包括：

32、将反演海面温度数据和验证数据按照相同的空间参考系统和投影方式进行投影变换；

33、使用地理坐标系或投影坐标系对反演海面温度数据和验证数据进行匹配；

34、根据需求选择插值方法，将反演海面温度数据和验证数据插值到统一的空间和时间分辨率；

35、根据时空处理后的数据，建立统一时空尺度的全球静止气象卫星数据集。

36、进一步，对所述插值数据进行比较，以验证反演结果的精度，包括：

37、获取全球静止气象卫星反演海面温度y和基准数据x；

38、计算全球静止气象卫星反演海面温度y和基准数据x的均值，其中，其中xi和yi分别代表x和y中的第i个数据点，n为插值数据y和基准数据x的数据点；

39、计算全球静止气象卫星反演海面温度y和基准数据x的协方差，其中，

40、其中xi和yi分别代表插值数据y和基准数据x中的第i个数据点；

41、计算全球静止气象卫星反演海面温度y和基准数据x的标准差，其中，

42、

43、计算相关系数r，其中，

44、第二方面，一种全球静止气象卫星海面温度单窗反演装置，包括：

45、获取模块，用于获取全球静止气象卫星数据，并进行拼接，以得到拼接的覆盖全球范围的静止气象卫星数据；根据拼接的全球静止气象卫星数据，利用10.8μm的长波红外波段卫星数据及相关辅助数据建立海面温度反演模型，得到基于亮温计算得到的逐小时海面温度反演物理量；

46、处理模块，用于根据全球静止气象卫星逐小时海面温度反演物理量，对反演全球海面温度数据进行空间插值及多点平滑处理，得到空间连续分布的插值全球海面温度数据；对所述插值及平滑处理后的全球海面温度数据通过相关系数、均方根误差值计算，进行与参考数据的交叉验证及精度评估，以检验反演海面温度参数的精度及可用性。

47、第三方面，一种计算设备，包括：

48、一个或多个处理器；

49、存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述方法。

50、第四方面，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，该程序被处理器执行时实现上述方法。

51、本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

52、本发明的上述方案，可以收集不同气象卫星提供的数据，为后续海面温度反演提供基础数据，确保所需的原始卫星数据是全面、准确的，涵盖了全球范围内的海域，利用卫星数据中的信息。

53、通过将观测参数转化为海面温度，产生了一组全球范围内的海面温度反演数据，可以用于进一步的空间插值和精度验证，在反演数据的基础上，采用插值方法填补空间上的数据空缺，提高数据的连续性和空间分辨率，生成具有较高空间分辨率的插值数据，便于后续的精度验证和气象分析应用。

54、通过将插值数据与独立基准数据进行比较，评估海面温度反演方法的精度和可靠性，可以从原始卫星数据中获取全球范围内的海面温度信息，并进行空间插值和精度验证。