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地基微波辐射计遥感大气廓线的BP神经网络反演方法研究

刘亚亚  毛节泰  刘钧  李峰  
【摘要】:本文讨论了12通道地基微波辐射计遥感大气廓线的BP神经网络反演方法(记为BPNN)。首先将北京2007年3月-2009年2月的探空资料按春、夏、秋、冬4个季节分类,每个季节按照不同的输出(温度、相对湿度、云液态水)建立三个不同的网络,分别进行神经网络训练,并对反演得到的廓线精度做检验,检验结果表明:BPNN反演方法切实可行,反演精度可以接受,可应用于实际。其次,利用北京南郊观象台12通道微波辐射计测量的亮温,BPNN方法和微波辐射计(RadiomeNN)都反演得到温度、相对湿度、云液态水廓线。这里以探空资料作为标准,比较分析同一时间、相同高度上BPNN和RadiomeNN两种方法获得的廓线与探空廓线的平均绝对误差以及标准偏差。由于探空中没有现成的云液态水廓线,因此这里只对温度、相对湿度廓线进行分析,分析表明:①春、夏、秋、冬四个季节,BPNN反演得到的温度廓线绝对误差最大值分别为3.10K,2.63K,3.70K,2.45K;皆小于RadiomeNN的温度廓线绝对误差最大值:3.54K,2.65K,3.89K,2.75K,与RadiomeNN反演方法相比,本文使用的BPNN反演得到的温度廓线更接近于作为标准的探空观测的温度廓线;②春、夏、秋、冬四个季节,BPNN反演得到的相对湿度廓线绝对误差最大值分别为22.89%,24.82%,23.29%,15.48%;RadiomeNN反演的相对湿度廓线绝对误差最大值为27.50%,24.30%,28.47%,24.52%,其中,春、秋两季BPNN反演的绝对误差最大值都比RadiomeNN的小5%左右,而冬季达到9%。可知春、秋、冬三季BPNN反演得到的相对湿度廓线精度大大优于微波辐射计,而夏季BPNN反演结果较RadiomeNN稍差,总体而言,这两种算法在夏季的相对湿度反演误差都较其它季节大,这可能是夏季相对湿度较大的缘故。总体而言,BPNN反演结果优于RadiomeNN。BPNN和RadiomeNN算法使用了相同的原理,但在模型参数如输入层、输出层和隐层节点数的选择上有所不同,本文因地制宜,根据北京具体情况得到相对更为合适的神经网络BPNN,本文认为这是BPNN实验结果优于RadiomeNN的重要原因之一。因此我们认为本文的BPNN反演方法可靠,实用,为改善进口微波辐射计的反演精度,甚至今后我国自己的微波辐射计使用神经网络反演算法提供了可能。

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