微波散射計海面風場測量質量控制新進展

　　星載微波散射計是獲取海面風場的有效傳感器。在40余年的海面風場遙感觀測歷史中，實現微波散射計觀測的海面后向散射系數與海面風場映射的經驗模型：地球物理模型函數（GMF）得到了長足發展。然而在遙感場景中，與風場相比而言，具有更小空間尺度、更大快變特性的降水（云）的出現，將在觀測風場中引入異質特性，扭曲觀測的后向散射系數與GMF的映射關系，使得反演的風場偏離真實值。觀測偏離模型的程度能通過質量控制因子進行量化表示，而通過假設檢驗的方法，對質量控制因子數值設定閾值，能實現這類觀測的標記與剔除。質量控制的過程是微波散射計數據信息提取的關鍵環節。微波散射計海面風場反演業務運行系統中，常用的質量控制因子有三種，其中最早提出，也是最有效應用的是基于觀測與模型間歐氏距離和的因子“MLE”。

　　空間中心微波室徐星歐副研究員與荷蘭皇家氣象局（KNMI）進行合作研究，對降水導致風場的空間異質進行定量化，提出了微波散射計海面風場反演的第四種質量控制因子Joss，研究理論成果于2020年正式發表于《IEEE地球科學與遙感》（TGARS）雜志。后續合作研究和分析表明，該因子對降水的表征特性優于已有的質量控制因子，同時，從原理上，與MLE具有互補特性。近日，徐星歐與荷蘭皇家氣象局合作，完成了該因子用于微波散射計風場反演業務運行的方法確定及結果評估報告，該質量控制因子以數值預報質量控制（NWP-QC）和短臨預報質量控制（Nowcasting-QC）的形式，形成業務運行系統中的新型質量標識方法，正式應用于包括中法海洋衛星（CFOSAT）、海洋（HY）系列衛星散射計等的Ku波段散射計降水影響觀測的質量標識，納入歐洲氣象衛星組織（EUMETSAT）海洋與海冰衛星應用裝置（OSI SAF）中，荷蘭皇家氣象局承擔負責的微波散射計數據處理和反演業務系統。該系統為用戶提供準實時的產品和信息，新型質量控制方法的引入，有助于更真實地表達降水存在條件下動力環境；其中，較為保守的NWP-QC替代了原有基于“MLE”的質量控制方法，而較為松弛的Nowcasting-QC則投入短臨預報應用，為填補降水條件下短臨預報數據缺失的空白做出貢獻。

　　以Joss為基準（縱軸），2DVAR風場為橫軸，對數據進行排序顯示：顏色表示散射計觀測風場單元的降水量（左圖），對應區域與C波段質量接收風場的矢量差（中圖）和對應的考察樣本數（右圖）。由圖可見，Joss對降水具有很好地區分性質。

　　海洋2B星（HY-2B）散射計觀測于2021年4月29日UTC20:00，位于北大西洋52° N, 45° W附近的風場（KNMI業務系統反演結果）。左圖為使用MLE QC, 中間為使用NWP QC，右圖為nowcasting QC質量控制的對應結果。質量剔除的風場以黑色箭頭表示。