一種高精度微波地表發射率的計算方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及地表發射率計算技術領域，尤其涉及一種高精度微波地表發射率的計算方法。
【背景技術】
[0002]提高微波地表發射率的模擬精度和可靠性，對完善陸面同化過程、提高天氣預報精度，改進水文和生態環境的模型預報研究都具有重要的意義。微波由于具有獨特的優勢，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，微波頻段的地表發射率被越來越多的應用到氣候和生態模型中。當前，微波地表發射率是同化各種衛星微波輻射資料所需要的重要參數之一，在數值天氣預報模式的初始化中，需要通過最佳方法把衛星輻射觀測值同化到數值預報領域中，同化過程中要運用前向模型模擬各種通道的衛星輻射亮度或亮溫，而模擬精度受到表面發射率的影響，通常會去除存在較大模擬不確定性的輻射亮度數據。因此，微波地表發射率的精度大大降低了星載衛星微波輻射計資料的利用率。隨著衛星數據的獲取不斷增多，這就需要進一步改進目前的微波地表發射率的實現技術方法并提高精度，進而提高數據利用率。
[0003]當前獲取地表發射率的技術有兩種:物理方法和半經驗方法。物理方法側重于機理研究，輸入參數具有明確的物理涵義且理論基礎完善；半經驗方法結合了理論分析和實驗測量，引入經驗參數來優化物理方法，同時參數也具有一定的物理涵義。
[0004]現在獲取地區地表發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。但是物理方法復雜、輸入參數多，部分參數現實中基本無法獲取，因此建立完全的物理發射模型是非常困難的。半經驗實現方法由于被人為地指定某個特定概率模型而導致其效能與預測能力均減弱，本質上都是對物理過程的近似。實踐表明，沒有任何一個半經驗實現方法能夠在任何情況下都提供始終優于其它方法的預報結果。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種高精度微波地表發射率的計算方法，可以極大的提高地表發射率的獲取精度。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0007]—種高精度微波地表發射率的計算方法，包括:
[0008]根據所要求的時空分辨率建立規范化的時空物理統一的樣本數據集；
[0009]構建計算地表發射率的模型集，該模型集中包含了各種地表發射率模型；
[0010]根據所述樣本數據集中的輸入數據集與模型集計算得到模擬數據集；
[0011]利用線性回歸技術根據所述樣本數據集中實測數據集校正模擬數據集的系統誤差，得到誤差校正后的模擬數據集；
[0012]采用基于預定可信區間的技術標準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，用實測數據集對誤差校正后的模擬數據集進行評價，并得到模擬數據集中各模型的權重；
[0014]根據模擬數據集中各模型的權重結合加權平均法得到地表發射率的計算結果。
[0015]進一步的，所述樣本數據集包括:
[0016]輸入數據集和地表發射率實測數據集;其中，輸入數據集是地表溫度與水分所需地表狀態量的時間序列集，實測數據集是利用輻射計實測的地表發射率實際觀測值的時間序列集。
[0017]進一步的，所述模擬數據集為利用模型集和輸入數據集模擬得到的地表發射率模擬集。
[0018]進一步的，所述預定可信區間為90%的可信區間。
[0019]由上述本發明提供的技術方案可以看出，通過校正了系統誤差，然后評估不同模擬方法的模擬能力，最后綜合多模型優勢，進而提高微波地表發射率的模擬和預測精度。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，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明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
[0021]圖1為本發明實施例提供的一種高精度微波地表發射率的計算方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
[0023]圖1為本發明實施例提供的一種高精度微波地表發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、根據所要求的時空分辨率建立規范化的時空物理統一的樣本數據集。
[0025]本發明實施例中，所述樣本數據集包括:輸入數據集和地表發射率實測數據集，輸入數據集是地表溫度與水分等所需地表狀態量的時間序列集，實測數據集是利用輻射計實測的地表發射率實際觀測值的時間序列集。
[0026]步驟12、構建計算地表發射率的模型集，模型集里面包括各種地表發射率模型。例如，現有的QP模型，QH模型和Wegmul Ier模型等。
[0027]步驟13、根據所述樣本數據集里面的輸入數據集和上步的模型集計算得到模擬數據集。
[0028]本發明實施例中，所述模擬數據集是指:利用模型集和輸入數據集模擬得到的地表發射率模擬集，二者是對應的。
[0029]步驟14、利用線性回歸技術根據樣本數據集中的實測數據集校正模擬數據集的系統誤差，得到誤差校正后的模擬數據集。
[0030]所述的實測集為實際觀測數據，本領域技術人員可以理解，實測集可以通過現有技術來得到。
[0031]步驟15、采用基于預定可信區間的技術標準選擇一定的評價時長。
[0032]所述預定可信區間為90%的可信區間。
[0033]本領域技術人員可以理解，所述一定的評價時長可以根據需求來確定。
[0034]步驟16、基于貝葉斯理論，采用貝葉斯模型平均的方法，用實測數據集對誤差校正后的模擬數據集進行評價，并得到模擬數據集中各模型的權重。
[0035]步驟17、根據模擬數據集中各模型的權重結合加權平均法得到地表發射率的計算結果。
[0036]本發明實施例的上述方案中，首先校正了各模型的系統誤差，然后利用精度不斷提高的大量實際觀測數據評價各模型，最后將二者結合，從而極大的提高地表發射率的預測和模擬。
[0037]通過以上的實施方式的描述，本領域的技術人員可以清楚地了解到上述實施例可以通過軟件實現，也可以借助軟件加必要的通用硬件平臺的方式來實現。基于這樣的理解，上述實施例的技術方案可以以軟件產品的形式體現出來，該軟件產品可以存儲在一個非易失性存儲介質(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設備(可以是個人計算機，服務器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述的方法。
[0038]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種高精度微波地表發射率的計算方法，其特征在于，包括: 根據所要求的時空分辨率建立規范化的時空物理統一的樣本數據集； 構建計算地表發射率的模型集，該模型集中包含了各種地表發射率模型； 根據所述樣本數據集中的輸入數據集與模型集計算得到模擬數據集； 利用線性回歸技術根據所述樣本數據集中實測數據集校正模擬數據集的系統誤差，得到誤差校正后的模擬數據集； 采用基于預定可信區間的技術標準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，用實測數據集對誤差校正后的模擬數據集進行評價，并得到模擬數據集中各模型的權重； 根據模擬數據集中各模型的權重結合加權平均法得到地表發射率的計算結果。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述樣本數據集包括: 輸入數據集和地表發射率實測數據集;其中，輸入數據集是地表溫度與水分所需地表狀態量的時間序列集，實測數據集是利用輻射計實測的地表發射率實際觀測值的時間序列集。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述模擬數據集為利用模型集和輸入數據集模擬得到的地表發射率模擬集。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述預定可信區間為90%的可信區間。
【專利摘要】本發明公開了一種高精度微波地表發射率的計算方法，包括：根據所要求的時空分辨率建立規范化的時空物理統一的樣本數據集；構建計算地表發射率的模型集；根據所述樣本數據集與計算地表發射率的模型集計算得到模擬集；利用線性回歸技術根據實測集校正模擬集的系統誤差，得到誤差校正后的模擬集；采用基于預定可信區間的技術標準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方法，用實測集對誤差校正后的模擬集進行評價，并得到模擬集中各模型的權重；根據模擬集中各模型的權重結合加權平均法得到地表發射率的計算結果。通過采用本發明公開的方法，可以極大的提高地表發射率的獲取精度。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號】CN105590035
【申請號】CN201610158222
【發明人】付秀麗, 王博
【申請人】北京石油化工學院
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2016年3月18日