近地面氣溫通常指的是距離地面1.5米的氣象臺站百葉箱測的大氣溫度，近地面氣溫是氣象臺站的常規(guī)觀測項目之一。近地面氣溫是影響氣候變化、水文、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、干旱、居民生活能耗的重要參數(shù)，高分辨率的近地面氣溫信息也是眾多陸面過程、氣候模式的關(guān)鍵輸入?yún)?shù)之一。目前，近地面氣溫觀測主要是依靠氣象臺站的常規(guī)觀測獲取的，雖然氣象臺站觀測氣溫精度高，但是只能獲取離散點的氣溫數(shù)據(jù)，無法獲取大范圍、連續(xù)的氣溫分布信息。

隨著氣象衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展，基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)估算氣溫近地面氣溫成為可能。目前，衛(wèi)星遙感近地面氣溫主要是利用氣象衛(wèi)星的地表溫度產(chǎn)品開展，主要是利用近地面氣溫和其他輔助數(shù)據(jù)(比如歸一化植被指數(shù)、高程和太陽高度角等)，基于線性回歸方程、神經(jīng)網(wǎng)絡或者隨機森林等技術(shù)構(gòu)建氣溫估算模型。但由于氣象衛(wèi)星紅外探測通道波長較短，其無法獲取云天條件下的地表溫度，因此基于衛(wèi)星遙感的地表溫度產(chǎn)品的氣溫估算模型僅能獲得晴空條件下大范圍、高空間分辨率的近地面氣溫信息。

云的存在是影響衛(wèi)星遙感估算近地面氣溫估算的重要因素，已有的研究表明全球范圍內(nèi)平均云量超過60％，因此基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)開展云天條件下的近地面氣溫估算具有非常重要的科學意義和實際的應用價值。目前，云天條件下的近地面氣溫估算主要是基于微波觀測數(shù)據(jù)開展的，微波擁有穿透大氣云層的能力，但是微波探測器的空間分辨率較低且容易受到地表類型(或者發(fā)射率)的影響，因此不論在空間分辨率還是在估算的精度上均無法滿足科學研究或者實際業(yè)務的需求?；谖⒉ú煌l率(比如18.7和23.8GHz通道)觀測亮溫以及地表類型、衛(wèi)星觀測角、海拔等輔助數(shù)據(jù)，將衛(wèi)星同步觀測時間和空間匹配的氣象臺站觀測氣溫作為因變量，微波各通道的觀測亮溫和其他輔助數(shù)據(jù)(比如地表類型、衛(wèi)星觀測角、海拔)作為自變量，基于線性模型構(gòu)建近地面氣溫的估算模型。將構(gòu)建的近地面氣溫估算模型，應用于無氣象臺站區(qū)域的微波觀測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)云天條件下的近地面氣溫估算。

雖然基于衛(wèi)星微波觀測可以獲取云天條件下的近地面氣溫估算，但是由于微波波長較長因此地氣系統(tǒng)的微波通道的輻射信號很弱，這導致微波通道的空間分辨率非常低，空間分辨率通常低于32千米，這使得基于衛(wèi)星微波觀測數(shù)據(jù)獲取的近地面氣溫空間分辨率很難滿足科學研究和實際業(yè)務的需求。另外，地球各個地表類型的微波通道的發(fā)射率變化非常大，變化范圍可從0.3到1.0，這直接使得基于微波亮溫的近地面氣溫估算精度對微波地表發(fā)射率的精度依賴性非常強，這使得基于微波亮溫的近地面氣溫估算的有非常大的不確定性，因此基于微波亮溫的近地面氣溫估算精度很難優(yōu)于3.0K。

本發(fā)明的目的在于解決云天條件下近地面氣溫估算問題，具體將利用氣象衛(wèi)星所提供的云頂高度、云頂溫度、云光學厚度以及相關(guān)的輔助數(shù)據(jù)，構(gòu)建以云的高度、溫度和厚度信息為關(guān)鍵因子的云天條件下的高精度近地面氣溫估算模型，實現(xiàn)基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的云天條件下近地面氣溫估算。

一種云天條件下近地面氣溫估算方法，包括以下步驟：

(1)獲取研究區(qū)域氣象臺站的歷史數(shù)據(jù)；

(2)將所述大氣可降水量、近地面相對濕度、云頂溫度、云頂高度和云光學厚度歷史數(shù)據(jù)進行預處理，得到時空匹配的數(shù)據(jù)集；

(3)將所述百葉箱氣溫作為神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出，將所述數(shù)據(jù)集作為神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入，構(gòu)建包含兩個隱層的前向多層神經(jīng)網(wǎng)絡，對網(wǎng)絡進行訓練，評估，誤差分析，確定最佳的隱層節(jié)點個數(shù)以及相應的權(quán)重函數(shù)，從而得到構(gòu)建好的神經(jīng)網(wǎng)絡；

(4)獲取待氣溫估算區(qū)域的數(shù)據(jù)集；

(5)根據(jù)氣象衛(wèi)星的經(jīng)緯度和時間信息，利用三次樣條插值方法將所述實時大氣可降水量和近地面相對濕度進行時間和空間插值，得到與氣象衛(wèi)星時空匹配的數(shù)據(jù)集；

(6)將所述與氣象衛(wèi)星時空匹配的數(shù)據(jù)集輸入已經(jīng)構(gòu)建好的神經(jīng)網(wǎng)絡進行云天條件下的近地面氣溫的估算。

本發(fā)明實現(xiàn)了基于氣象衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的云天條件下近地面氣溫估算，方法簡便易行；本發(fā)明利用了大氣溫度隨高度存在氣溫垂直遞減率的特征，將衛(wèi)星觀測的云頂溫度、云頂高度以及云的厚度作為氣溫估算模型的主要輸入?yún)?shù)，同時將觀測像元的海拔高度、經(jīng)度、緯度、大氣可降水量、相對濕度、時間信息等輔助參數(shù)也作為氣溫估算的預測因子，結(jié)果表明近地面氣溫估算精度約為2.19℃，這個精度高于現(xiàn)有技術(shù)的估計方法得到的精度。另外，由于目前氣象衛(wèi)星遙感的云產(chǎn)品空間分辨率較高，因此基于本發(fā)明可實現(xiàn)云天條件下的高空間分辨率的近地面氣溫估算。此外，本發(fā)明的云天條件下近地面氣溫估算模型的主要輸入是氣象衛(wèi)星的云產(chǎn)品和數(shù)值預報模式產(chǎn)品，這些數(shù)據(jù)格式標準，利于氣象衛(wèi)星遙感近地面氣溫的實時處理。而且，采用本發(fā)明的方法可實現(xiàn)熱紅外遙感數(shù)據(jù)估算云天條件下近地面氣溫的問題，且估算精度較高。