中国农业气象 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (5): 701-713.doi: 10.3969/j.issn.1000-6362.2026.05.006
薛秋蒙,王雨轩,郭杰,赵沛,马天宇,季星宇,刘振兴
XUE Qiu-meng, WANG Yu-xuan, GUO Jie, ZHAO Pei, MA Tian-yu, JI Xing-yu, LIU Zhen-xing
摘要:
针对传统反演方法在有云条件下反演能力受限,以及GIIRS(Geostationary interferometric infrared sounder)业务产品无法提供整层大气温湿信息等问题,本研究基于2019年12月和2020年7月干涉式垂直大气探测仪GIIRS的实况观测资料,利用深度学习的卷积神经网络方法CNN(Convolutional neural network)实现大气温度和湿度垂直廓线反演,优化网络框架和神经网络参数。以2019年12月和2020年7月无线电探空观测为真值,评估CNN反演算法和GIIRS L2级业务产品,以期解决传统反演方法在有云条件下反演能力受限,以及GIIRS L2级业务产品无法提供整层大气温湿信息等问题。结果表明:所构建的CNN模型成功实现了大气温度和湿度廓线的整层反演。通过对453组独立测试样本的验证,模型反演温度的RMSE整层平均为3.152K,最大相关系数达0.995,CNN网络具备良好的泛化能力和预测准确性;输入GIIRS实况资料后,晴空条件下CNN网络在对流层中低层附近反演精度最高,RMSE在3~5K。有云条件下,GIIRS L2级业务产品仅反演云顶以上高度的温度廓线,而CNN网络可以反演整层的温度廓线。CNN网络的反演精度在有云条件下优于GIIRS L2级业务产品。利用CNN迁移学习特征反演了2019年12月和2020年7月的湿度廓线,不论是晴空还是有云,整层平均湿度的RMSE均小于2g·kg−1。