TELKOM NIKA , Vol. 11, No. 12, Decem ber 20 13, pp.  7174 ~71 8 1   e-ISSN: 2087 -278X           7174      Re cei v ed  Jun e  29, 2013; Revi sed  Jul y  2 9 , 2013; Acce pted Augu st 29, 2013     Retrieving Atmospheric Precipitable Water Vapor  using Artificial Neural Network Approach      Wang Xin*, Deng Xiaobo , Zhang She nglan   Che ngd u Un iv ersit y  of Inform ation  T e chn o l o g y , Ch en gdu,  Chin a, 61 022 5   Ke y   Lab orator y of  Atmosphere  Sound in g, Chi na Meteor ol ogi cal  Admin i st rati on, Che n g du, Chin a, 61 022 5   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l w x w e ll @12 6 . c om      A b st r a ct     Discussin g  of w a ter vapor an d its variatio n i s   the importa nt issue for syno p tic meteoro l o g y a n d   mete oro l ogy. In physic a l Atmosph e ric, the mo isture co nte n t of the earth atmos p h e re is  one of the  mo st   importa nt par a m eters;  it is h a rd to r epres e n t w a te r vapor  beca u se  of it s space-ti me  variati on. Hi gh - spectral  reso lu tion At mos p h e r ic Infrare d  So und er (A IRS)  data c a n  be  u s ed to  retriev e  the s m all  scal e   vertical structu r e of air te mp er ature, w h ich  provi ded  mor e  acc u rate  and  go od i n i t ial fiel d for th e   nu meric a l for e casting  and th e larg e-sca le  w eather an aly s is. T h is pap e r  propos es a n  artificial  ne ural   netw o rk to retrieve the cl ear  sky atmos pher ic radi at ion  da ta from AIRS and co mpari n g  w i th the AIRS  Leve l -2 stan da rd prod uct, and  gain a g o o d  in versio n results.      Ke y w ords :   ne ural n e tw ork, AIRS, precipita b l e  w a ter vapor, retrieval         Copy right  ©  2013 Un ive r sita s Ah mad  Dah l an . All rig h t s r ese rved .       1. Introduc tion    Wate r vap o r i s  n o t o n ly the  mo st a c tive  compon ent  an d ab und ant g r een hou se  ga se s in   atmosp he re,  but also a  key factor to  affect clim atic vari ation. It plays a n  im portant  role  on   maintainin g ecol ogi cal b a lan c e. So, water va por is an e s se ntial factor i n  atmosphe ric  gree nho use effect and the water  cycl e of the earth -ai r  system,  it is the central element fo climate forma t ion and clim ate cha nge.  Mean while , the wate r vap o r content in  atmosp here is  one  of mai n   physi cal  qua ntities to i m p a ct  remo te  sensi ng  appli c ation [1]. Fo r a lo ng tim e the  influen ce of  water vapo in the  climat e sy st em (su c as  green hou se effe ct) ha s not  be en   discu s sed further due to la cki ng of accu rate long -term stability of the global  wa ter vapor d a ta   record. As a result, dete c ting global atm o sp heri c  moi s ture in di stri bution and  ch ange i s  of gre a t   signifi can c e t o  weathe r foreca st, meteo r ologi cal  sup p ort work, e s p e cially  wate circulatio n a n d   climate chan ge re sea r ch [2].  Half a century, the interna t ional co nven tional meteo r ologi cal ra dio s on de net wo rk ha been u s e d  in detectin g  water vap o r.  But, this kind of detecti on mode o n l y  provides t he  distrib u tion of  water va por over the fixe d point s, moreover, the gl obal  radio so undin g   statio n   network density far  cannot satisfy  the needs  of business and scientific  research  work. Satellit is one of the  best choi ce s to obtain atm o sp heri c  info rmation be cau s e of its uniq ue advanta g e   in time resol u tion and  sp ace re sol u tion, i t  can m a ke  u p  for  sou ndin g  data’ s in suf f icient of va st  oce an, platea u, dese r t and  polar  regi ons  [3].  At prese n t, busin ess processi ng AIRS  data mainly  use the  featu r e vecto r  stat istical   reg r e ssi on al gorithm of th e clea r air  atmosp he re  bu sine ss retri e ving Intern ation a l MODIS/AIRS   processi ng  software package IMAPP  (I nternational MODIS/AIRS  Pr eprocessi ng Package), t h is  statistic meth od is sim p le,  so th e retri e val accu ra cy is largely l i mited [4]. Artificial n eura l   netwo rks ha ve been pro v en as a rel i able tec hniq ue to diagno se an d have  good lea r ni ng   cap ability [5], with the d e v elopment of  artificial n e u ral n e two r k, neural net work ret r ieving  atmosp he ric  comp one nts  has be en  gre a tly applie as  an  effecti v e metho d , the m a in  ben efit  from it in the work is its high sp eed  and the pot e n tial for high  speed, a s  well as its fa ult  toleran c e  abi lity. Neural  n e twork  ca n d i rectly  d edu ce the  com p l e x and  un cle a relation shi p   betwe en i n p u t-output  fro m  the t r aini ng d a ta  without d o ing   any a s sumpt i on a bout  d a ta  distrib u tion, so it is very suitable to be put in to  h y p e r  s p ec tra l  r e mo te  s e ns ing r e tr ie va l w hos data with the  cha r a c teri stics  of high di mensi on, st ro ngly co rrel a te d, and noi se -sen sitive[6]. In  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       Retrie vin g  Atm o sphe ric Precipita b le Wa ter Vapor  u s i ng Artificial Neural  Network… (Wa ng Xin)    7175 addition, a  simple topol o g ical  stru cture with  only  one hid den l a yer can a c hieve the be st  approximatio n in the rang e of allowabl e  erro r [7].  Resea r ch sh ows that the method of retrievi ng   pre c ipitabl water vapo by make u s e  of neu ra l net work perfo rm ance  ha s hig her accu ra cy.  It  will play a  cruci a l rol e  in storm  predi c tion,  num eri c al  weather  forecast and other extreme  weath e r p r edi ction by usi n g  the method o f  neural  net work  retrievin g  pre c ipitabl e water vapo r.      2.  The Propos e d  Algorithm   Known   satelli te inst rume nts in  different  spe c tral  b and  of radiatio observation,  then t o   ascertai n at mosp he ric te mperature  a nd ab so rptio n  ga s (wate r  vapor), this is the  retrie val  probl em. The retri e val met hods  we  com m only use  are: GPS inversion,  satellite hyperspect r al  remote sensi ng retrieval,  sate llite i n frared remote sensing retr ieval and MODIS near inf r ared   retrieval. In t h is p ape r, a  kind  of metho d  ba sed  on p r inci pal  com p onent a nalysi s  (P CA) n eural  netwo rk p h ysi c al stati s tical  retrieval i s  ad opted.     2.1. Data Sel ection   AIRS is  one  of the  six mai n  observation in struments  of NASA Aqua satellite platform,   Infrare d  ra di ation mate ria l  has th e a d vantage s of  more  ch an nels, mo re i n formatio n a nd  narro wer  sp e c trum. It ha s 2378 i n fra r e d  sp ec trum  chann els  sp ectrum a rray from 3.7  μ m t o   15.4  μ m, ca n  provide  atmosp heri c  info rmation from  t he groun d to  the height of  40 km. Aqu a   satellite  goe s thoug Chi na a bout B e i jing time  1:3 0and 13:30  twice eve r yda y  [8]. We  ca download the requi red data by visiting  http://disc.sci.gsfc. nasa.gov/AIRS.  Usi ng  satellit e hyperspectral data  retri e val at mospheric precipitat ion i s  hard t o  meet   the training requireme nt if only using ra dial brig ht ne ss from satellite actually, it i s  ne ce ssary to  simulate AI RS radial  brig htness. And  AIRS radial   brightn e ss d a ta sim u latio n  is the  ba si s on   usin g AIRS o b se rvation  of  hypersp ect r al data  retri e val. Afte r re searchin g a n d  discu s sing, t h is  pape r choo ses  University of Wisc o n si n-Ma dison gl obal  clea r air atmosp he re  profile traini ng   sampl e (Se e Bor Ve rsi o n  5.0) an d CRTM (Atmo s ph eric  ra diative transfe r mo d e l) to si mulat e   the observati on radi al brig htness inform ation fr om at mosp he ric inf r ared dete c to r AIRS [9].  It is nece s sary to establish  global temp er atu r e humi d ity and atmosp heri c  pa ramete rs  vertical di strib u tion datab ase whe n  we  re trieve  atmosp heri c  pa ramet e rs  by usin g the metho d  of   statistical inv e rsi on m e tho d , statistics-p h ysical  retrie val method  o r  ne ural  network metho d . In  addition, we  must kn ow  th surfa c e   te mperature   a n d  nu meri cal  e m issivity d ue  to the i n fluen ce  of the su rface. In orde r to  meet  the ap plicatio n of re mote se nsi n g  retrieval  de mand, University   of Wi sconsin-Madi son m e teorol ogi cal  satellite application res earch i n stitut e researchers  synthe size th e glo bal  cle a r air atmo sp he re  prof ile  of t he training   sa mples (CIMS S , Coo perative  Institute for  Meteorologi cal Satellite Studies,  Un iversity of Wi sconsi n -M adi son) after  a great  deal  of re sea r ch   analy s is experim ental work, whic contai ns  a total of abo ut 1 5704  gro u p s   of  pre c isi on of a t mosph e re profile lines, after pr ocessing , yields a total of 2,099,250 (155 50 ×3 ×3  ×15 )  group of atmosp here profile lin e s . At  last, we cho o se 23, 325 g r oup of atmosp here  profile lin es  due to th e computing  ne eds  a lot  of  time and  so me of the  co mbination  is  not   necessa rily reasona ble, th en we get  a t o tal of 23,32 5  AIRS gro u p s  radial  bri ghtn e ss (at-sen s o r   radia n ce)  by usin g gl obal  atmosphe ric model  a fter cal c ulatin every group   of atmosphe re  profile lin es  by CRT M, the sele cted  2 3 ,325 g r ou ps are the trai ning sampl e  data of neu ral  network  data s e t in turn.     2.2. Data Pre p roces sing   The  solution of the  problem that  sat e llit e data retrieving atm o spheri c parameters   (mainly  retrie ving tempe r a t ure a nd h u m idity vertic a l  profile li ne) is not th e o n ly. On the  one   hand, the  in formation  provided by  satellite dat a  is in suffici e n t; on the  other  han d,  the  information provided by  satellite data i s   sometim e s unusefully  whil e retrieving.  I t  is necessary  to screen d a ta as well as redu ce the ob serv atio n dat a dimen s ion  and elimin ate  redun dan cy, so   it is very ne cessary to  use the no nline a r d a ta  processing  algo rithm. In the  study of neu ra l   netwo rk retri e ving  water  vapor, the  first qu estio n  required to  so lve is  data  prepro c e s sing,  at  pre s ent, the  main metho d  we u s e is PCA [10].        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 087-278X   TELKOM NIKA  Vol. 11, No . 12, Dece mb er 201 3:  717 4 – 7181   7176 3. Res earc h   Method   3.1. PCA (Pri ncipal Comp onent  Analy s is)  To re set the  origin al vari able s  to a n e set of fe w varia b le that each ot her i s   indep ende nt, at the same  time, accord ing to a c tual  need s, we can take out  a few le ss to tal  variable s  to   reflect  the  original va riabl es i n fo rm atio a s   m u ch as po ssi ble, this statistica approa ch i s   calle d p r in cip a l compo nen t analysi s , a nd it is a  ki nd of p r o c e s sing  dime nsi o n   redu ction m e thod in mathe m atics.   Its basi c  i dea  is to  re set m any ori g inal i ndexe s  which  have  certai correl ation (such as  the num be r i s  P) to a  n e w set  of  comp rehen sive i n d e xes th at ea ch othe r i s  i n d epen dent, th en  repla c e  the o r iginal  indexe s  by the  ne w indexe s . It is u s ually to   put the P in d e xes into  line a combi nation,  then take the m  as n e co mpre hen sive  indexe s . The  cla ssi cal a p p r oach is to u s e   the varia n ce  of F1  (the f i rst lin ear co mbinati on,  n a mely the first comp reh e n sive in dex)  to   expre ss, the  bigge r Var (F 1) is, the mo re info rmatio n F1co ntain s . The F1 shoul d be the bigg est  varian ce in al l of the linear combi nation,  so F1 i s  call ed a s  the first princi pal co mpone nt. If the   first prin cip a l comp one nt is not enoug h to rep r e s ent the origi nal inf o rmatio n of the P indexes,  then  con s ide r  sele cting F 2  whi c h  is the  se cond  li near combin ation, in o r d e r to  refle c the   origin al information effecti v ely, the existing  informati on of F1 will  not need to a ppea r agai n in  the F2, if it requires that  Cov (F 1, F2 )=0,  we call F2  the se co nd  p r in cipal comp one nt,  By  analogy, we  can  structure the third principal  com ponent,the forth  prin cipal com ponent  and so  on.  The main  ste p s of prin cip a l  compo nent  analysi s  a s  follows:  (1)Index data standardi z ati on ( SPSS sof t ware automatically);  (2)  Jud g ing th e relation shi p  betwee n  the index data;   (3)  Confirmin g  the numbe r of princip a l compon ents  (m);  (4) O b tainin g the expre ssi o n  of the princi pal com pon e n t Fi;  (5)  Namin g  the prin cipal  co mpone nt Fi  In recent years, as te chnolo g y advanc es a nd  mature s, PCA gets co ntinuou developm ent, the princi pal  compo nent s transfo rm (P CT) meth od  and the proj ected p r in cipl e   comp one nts (PPC) tran sfo r m method ap pears succe s sively.  Princi pal com pone nt analy s is te chni que  is in co ntinu ous im prove m ent and p e rfection   with tech nica l prog re ss, th e proj ectio n  prin cipal  com pone nt (proje cted p r in ciple  comp one nts,  PPC) tra n sfo r m propo se d  by Blackwell  has  been  proved to have  better dim e n s ion  red u ctio n   perfo rman ce   [11]. Comp ared with  the t r adition al p r i n cip a l comp o nent, the p r o j ection  of the  prin cipal  com pone nt ha s b e tter pe rform ance in  retri e ving atmo sph e ric tempe r at ure  profile  lin e.  Mean while, B l ackwell indicates, the use  of 35  PPC can make ret r ieval error to  the minimum   value in the o r y on water  vapor  retriev ed by  u s ing  AIRS data [1 2]. So, the PPC tran sform  method i s   ad opted i n  this  pape r. We fin a lly se le ct  4 1   wate vap o r cha nnel (4 1 PPC)  from  th 2378  ch anne ls after a naly z ing lite r atu r e and  doi ng  many expe ri ments, then  we g e t 24 P P though d eali ng with 41  PPC by usi ng the meth od of PCA, the AIRS ra dial brig htne ss  dimen s ion i s  red u ced fro m  the o r igin al 237 8 to 2 4 . This t r an sformation  re alize s  the  da ta  dimen s ion  re ductio n  a s   well a s  keep the rel a ti ve  more  informa t ion, co nsequ ently sh orts the   neural network trainin g  time and imp r ov es t he efficie n cy of the pro posed alg o rit h m.  Known   satelli te inst rume nts in  different  spe c tral  b and  of radiatio observation,  then t o   ascertai n at mosp he ric te mperature  a nd ab so rptio n  ga s (wate r  vapor), this is the  retrie val  probl em. The retri e val met hods  we  com m only use  are: GPS inversion,  satellite hyperspect r al  remote sensi ng retrieval,  sate llite i n frared remote sensing retr ieval and MODIS near inf r ared   retrieval. In t h is p ape r, a  kind  of metho d  ba sed  on p r inci pal  com p onent a nalysi s  (P CA) n eural  netwo rk p h ysi c al stati s tical  retrieval i s  ad opted.     3.2. Neural Net w o r k   BP neural n e t work is the  most wi dely u s ed  kind of  n eural n e two r k in all artificial  neural  netwo rk, it also call ed error ba ck p r op agation ne ural netwo rk, it is a feed forwa r d net wo rk  comp osed by  the nonlinea r transfo rmatio n unit [13 ].But this paper ul timately choo se s multilayer  feed forward neural network radi al ba sis functi on ne ural netwo rk  RBF (Radi cal  Basis F u n c tio n whi c ha s th e be st  app ro ximation pe rf orma nce a fte r ma ny te st a nd a nalysi s , t he  RBF  network  avoids trivial  lengthy  co m putation  of b a ck  p r o pagat ion b e twe en  the inp u t lay e and  hid d e n   layer, it makes learning  4 3 10 ~ 10 times fa ster tha n  usu a l BP ne ural n e two r k [ 14]. Figure 1  is the   neural network topology. As sho w n in figure, t he inp u t layer has  24 neu ron s , output layer ha Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       Retrie vin g  Atm o sphe ric Precipita b le Wa ter Vapor  u s i ng Artificial Neural  Network… (Wa ng Xin)    7177 one ne uro n , two hid den lay e r co ntainin g  respe c tively (18, 9) neu ro n s         Figure 1. The  Neural Net w ork T r aini ng  Topolo g     This  pap er ta ke s AIRS rad i al brig htne ss PPC  data  si mulated  by CRTM a s  th e i nput of   the neu ral n e t work; corre s pondi ngly takes the  atmo s pheri c  p r e c ipi t ation data from Unive r sity of  Wisco n si n-M adison  clea sky p r ofile li n e s d a ta  a s  t he outp u t of  the neu ral  n e twork. At first,  sen d ing  the  input-o utput  d a ta set to  mul t ilayer fe e d  fo rwa r d  ne ural  netwo rk trai ni ng, choo sin g   optimize d  ne ural net work  as a practi ca l applic atio n algorith m ; Then the optimi z ation ne ural  netwo rk  who s e si mulation  erro r is  sma ll enoug is  applie d to actual AIRS detection data,  at   last, we verify  the pre c isio n  and stability of the algorith m After analy s is and  processing, the  24 P P ha ndle d  by  prin cip a l compon ent  a n a lysis  techn o logy transfo rmatio n  are t r eate d   as the  in p u t of the ne ural  netwo rk, PWV a s  the  o n ly  output of the neural network. The atmo spheri c  p r e c ipi t ation data which  corre s po nd to the input  of the  neu ral  network f r o m  University  of Wi sc on sin - Madi so cle a sky p r ofile  of the  trai ning  sampl e s (Se e Bor Ve rsion  5.0) i s  tre a te d a s  the  ta rg et output of t he n eural net work,  we  put  the   AIRS hyper spe c tral d a ta  simulated b y  the  neural  network int o  CRT M, an d con s id er the   cal c ulate d  re sults  as  actu a l  output, we  calcul at e the root mean  sq u a re e r ror b e t w ee n the a c t ual  output  a nd  ta rget output calcul ated  i s  0 . 063g/ cm2,   while  u s ing  st atistical  ap proach, a s   sho w n   in Figure 2.        Figure 2. Co mpari s o n  bet wee n  the PWV Retrie ved from Neu r al  Network ba se d  on Algorithm   and PWV fro m  University of Wiscon sin - Madison.        4. Resul t and  Analy s is   This p ape r se lect typical re gion of low  a nd middl e latitude area a s   the re sea r ch  obje c t,  middle l a titud e  area’ s surf ace type  is complex, in clu de: mou n tain , stepp e, de sert, rivers  an d   glaci e r, et c. surface temp e r atur e emi s si vity and atmo sph e ri c p r e c i p itation’s sp a t ial  distri bution   has a la rge  chan ge; the low-l a titud e  area, mai n ly surrou nd ed by ocea n  and islan d , its  temperature i s  hig h , the water vapo co ntent is  rich, and  atmo sp h e ric prec i p itation’s distri buti o n   cha nge s very largely in time and  spa c e. We  ca effectively verity the appli c ability of the   algorith m s while ta king th e two  area as  an  exam p l e. In orde r t o  validate  th e multilaye r f eed  forward neural net work i n version  al gori t hm’s accuracy and feas ibility(which based on  pri n ci pal  comp one nt a nalysi s ),  we  select  a g r ou p  of AIRS  L 1 B  infra r ed  ra di al bri ghtne ss  data, only  pa rt  of the measu r ed data are listed to test  the result owin g to thesis le ngth.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 087-278X   TELKOM NIKA  Vol. 11, No . 12, Dece mb er 201 3:  717 4 – 7181   7178 4.1. Lo w - lati tude Re gion Wa ter Vapor  Retriev a l Results and  An aly s is    One AI RS le vel-1B im age  cove rin g  (0N-22 N, 6 0 E-8 0 E ) on  May  9t h, 201 2 at  08 :47:24- 08:53:24 (uni versal time ) is sel e cte d  for studying lo w-latitude regi o n In ord e r to  di scuss the  infl uen ce of th clou ds,  we  d on’t eliminate  pollution  clo uds  pixel  in the inversi on process, i n stea d ret r iev e  the whole  scen e imag es.  Becau s of o b taining a  wid e   rang e of atm o sp heri c  p r e c ipitation m e asu r ed  data  is difficult, we analy z e an d com p a r e the   algorith m  me ntioned in thi s  pap er  with  AIRS  Level-2 stand ard p r odu cts  whil e  doing reality  testing.             Figure 3. The  Spatial Distri bution of PWV  Retrieved from Neural Network  Figure 4. The  Spatial Distri bution of PWV  Retrieve d fro m  AIRS Level-2 Standa rd  Produ ct             Figure 5. The  Absolute Error of PWVs  Retrieve d by Neu r al Netwo r k an d AIRS  Produ ct   Figure 6. The  Cloud  Distri b u tion from AIRS  Level-2 Stan dard Produ ct       The spatial d i stributio of PWV  ret r ieve by ne ural   netwo rk an AIRS PWV p r odu ct  are  sho w by Figure 3 a n d  Figu re 4.  Compa r ed  to fi gure  6, it can  be seen th at blue a r ea fo little clou d a r ea, an red  yellow area  for clo udy a r e a Due  to the   se lected  a r ea  is larger,  mari n e   climate type  i s   spe c ially, t he maxim u m  and  minim u m wate r va p o conte n t dif f eren ce i s   big  a t   the sa me ti me. Figu re 5 ,  interpol ated  throu gh AIRS stand ard   prod uct s , ca n analy z e th eir  differen c e i n tuitively, the root  me an  sq uare  e rro r i s   0.7552 g/cm 2 ,  it can intuitiv ely find out the  absolute erro r distri bution  bet we en PWV retrieved b y  neural n e twork  and AIRS  PWV prod uct.  As is shown in Figure 5, RMSE is sm aller in li ttle clou d are a ; similarly, RMS E  is bigge r in  clou dy area,  the absolut e error di stri bution  mat c h e s well with  the AIRS Level-2  stand ard   prod uct s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       Retrie vin g  Atm o sphe ric Precipita b le Wa ter Vapor  u s i ng Artificial Neural  Network… (Wa ng Xin)    7179 4.2. Middle-latitud e  Re gion Wa ter Va por  Re triev a l Results and  Analy s is    One AIRS l e vel-1B ima ge coverin g  (32 N -54 N , 66E-9 7E) o n  May 2th, 2012  at  20:47:24 -20: 53:24 (u niversal time) i s  se lected for  stu d ying middle - latitude regi o n           Figure 7. The  Spatial Distri bution of PWV  Retrieved from Neural Network  Figure 8. The  Spatial Distri bution of PWV  Retrieve d fro m  AIRS Level-2 Standa rd  Produ ct             Figure 9. The  Absolute Error of PWVs  Retrieve d by Neu r al Netwo r k an d AIRS  Produ ct   Figure 10. Th e Clou d Di stri bution from A I RS  Level-2 Stan dard Produ ct       The su rfa c climate type sele cted in t h is  pa per i s  rathe r  com p l e x, include  mountain   land, la ke s,  rivers, etc. T he  water va por  ch ang es larg ely in ti me an spa c e. Th spat ial  distrib u tion  of  PWV  retri e ved by  ne ural   netwo rk   a nd AIRS  PWV produ ct  a r e sh o w n by  Fig u re 7  and Fig u re  8. Figure 9, interpol ated  throug h AIRS stan dard  prod uct s , can analy z e t heir  differen c e i n tuitively, the root  mea n  squ a re erro is  0. 3359 g/cm 2 , whic h more  c l os e to and more  fit the AIRS standard prod ucts. As  sh o w n in Fig u re 9 and Fig u re 10, we  can fi nd the ab solu te  error di strib u tion match e well with the  clou d di stri bu tion of AIRS  Level-2  stand ard inve rsi o n   prod uct s This pa per  mainly resea r ch the atmo sph e ri c pre c i p itation wate r vapor in cl ear ai con d ition, but  from the AIRS  Level-2 sta ndard produ ct we can  see  wheth e r lo w latitude regi on   or middl e latitude re gion  has a  ce rtain  amount  of cloud, no do u b t which will  cau s e certai influen ce to t he inve rsio result. According to  the  a nalysi s  an d compa r ison, we ca see th e   absolute erro r of the low-latitude regi o n  is bi gg er th an the middl e latitude re g i on’s. Th e main   rea s on i s  th at the tempe r ature is hi g h  in low l a titude regio n , mean while, t he wat e r va por  conte n t is ri ch and it chan ges ve ry larg ely in ti me and space, so  the absol ute  error i s  slig h t ly  bigge r.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 087-278X   TELKOM NIKA  Vol. 11, No . 12, Dece mb er 201 3:  717 4 – 7181   7180 In addition, this stu d y ha s certai n sig n i f ic an ce for p opula r ization,  although  we  sele ct  low an d middl e regio n s a s   subj ect to stu d y, it also applies to di scu ss hi gh latitud e  area.       5. Conclu sion   Information reso urce s integratio n in coll abo rative logisti cs n e twork m a kes u s e o f   sup e rio r  re so urces  in network, achieve s   the  pu rp ose of  sh arin n e twork re sou r ces by  tech nical  mean s. It m a inly virtual  i n tegrate s  the  re so urce s whi c h have comp etitive advantag es and  geo spatial di screte distri b u tion  in  n e twork, stre ngth ens  co he sive  relation s, im prove s  resou r ce  respon se  spe ed and redu ces re so urce redun dant wa ste [15].  Neu r al n e twork  nonli nea r retri e val a l gorithm n o t only sho w s the sta b ili ty and  effectivene ss of the statisti cal reg r e ssi o n  met hod, bu also sho w s the  ac cu ra cy  of the physi cal  inversi on m e thod. Th e alg o rithm i s  e s p e cially  suitabl e for atm o sp heri c  remote  sen s in g retrie val   probl em ba sed on the  ch ara c teri stics  of the  neu ral  netwo rk a n d  the nonlin ea r, non -Gau ssi an  relation shi p  o f  atmosph e ri c remote  se nsi ng data.   With  the rapi d de velopment of  netwo rk, o p e n   and re co nfig urabl e netwo rk facility ca n  well achi ev e  the goal for multi-net work integration,  so   that the facility for NGN (n ext generatio n netwo rk) wil l  be more a n d  more po pula r  [16].  AIRS infra r ed  dete c tion d a t a ca n di spla y the su btle atmosp he ric stru cture, it contain s   more info rma t ion several  hund red time s than p r evio us dete c tion  instru ment, the method  o f   neural net wo rk is  used in t h is p ape r to  handl e AI RS  data, then inv e rt atmo sph e r ic p r e c ipita b le   water va po r, finally we compa r e the  PWVs re triev ed by neu ral  netwo rk  an d AIRS Leve l -2   stand ard p r o duct, the re sult sho w s th at Neural  ne twork ret r ieval algorith m  is simpl e  an d   feas ible, what ’s  more, its  error is  rather small.  In additio n , it is  wo rth  our attention i s   t hat  the retri e val  spatial resol u tion of neural   netwo rk  algo rithm is 13.5 k m [17], the spatial re sol u tion of AIRS st anda rd p r o d u c t is 4 5 km, b y   comp ari s o n , this alg o rithm  improve s  the  spatial re sol u tion 2 times higher tha n  AIRS standa rd  prod uct, T h e r efore, the  neural n e two r k algo ri thm  produ cts can b e tter  re flect the  act u a l   distrib u tion of  wate r vapo r, com pared  wi th AIRS  stan dard  produ ct s, the fine r le vels have  be en  obviou s ly improved. It ma ke s g r eat  se nse to  exactl y descri p t an d analy z e th e exch ang and   transpo rt of water vapo r, and discu s s sma ll ran ge of atmosp he ric  state activitie s     Ackn o w l e dg ement   T h e  da ta  us ed  in  th is  s t udy a r e  ac qu ired   from Unive r sity  of Wisconsi n -M adi sion,  and   the auth o rs than k the   Key Labo rat o ry of At mo sph e re  Sou n d ing,  Chin a  Meteo r olo g i c al  Adminis t ration for this  work  s u pport.      Referen ces   [1]    HL Sen i or. Cli mate and W a te r. Englan d:  Nat u re . 200 2; 419  (690 3).  [2]    E Smith, G Asr a r, Y F u ru ham a et  al. Inter nat io n a l Gl ob al Pr ecipit ation  Me a s ureme n t (GPM) Progr am   and Miss ion: A n  Overvie w . In Meas uri ng Pre c ipitati on F r om  Space.  USA: Springer . 20 07 ; 611-65 3.  [3]    W ang Yin g , Hua ng Yo ng,  Si yuan  Hu an g. A Pr elimi n ar y  Stu d y  of  the Retriev a Methods for   Atmospher e an d Humi dit y  Pr o f iles.  Re mote S ensi ng for La n d  & Resourc e s .   2008; 3(1).   [4]    Xu eh ui Z h a ng,  Guan Li, Z h e nhu i W ang, H an Ji n g . Retri e vin g  Atmosp heric T e mpera t ure Profiles  Using Artifici al  Neur al Net w o r k Approac h. 20 09; 11(3 5 ).  [5]    Li Guop in g, Z hang Qin g w e i, Ma Xi ao. Com b in at ion  of F ault  T r ee and N e ural N e t w orks i n  Exc a vato r   Diag nos is.  TEL K OMNIKA . 2013; 11(4): 1 787 -179 6.  [6]    Hornik  K, Stin chcomb e M,  White H. M u ltil a y er  fe edfor w a rd n e t w orks  ar e u n ivers a ap pro x imat ors.   Neur al Netw or ks . 1989; 2(5): 359- 366.   [7]    A Galla nt, H  W h ite. T here exists a  neur a l   net w o rk that  does  not m a ke avo i d abl mistakes.  In  Procee din g s of  the Internatio n a l Joi n t Confer ence o n  Ne ural  Netw orks . 1988; 657– 66 4.  [8]   W enhu Gao F engsh e n g  Z hao C han gs ong Ga i. Val i d a tion  of Airs  Retriev a l T e mperatur e a n d   Moisture Pr od ucts an d the i Appl icatio n i n   numeric al M o d e ls.  Acta Met e orol ogic a  Si nic a 20 06; 6 4   (3): 2712 28 0.  [9]    Shen gla n  Z h a ng. A Stu d y   of Preci p itab le   W a ter Va por  Retriev a l  Usi ng Infrar ed  H y p e rsp e ctral   Soun din g s (de g ree p a p e r) Ch eng du; Ch eng du Un iversit y  o f  Information T e chn o lo g y . 201 1.  [1 0 ]     JA So b r i n o ,  ZL  L i , MP Sto l l ,  e t  a l . Mu l t i - ch ann e l  an d  mul t i - an g l e  a l g o r i t h m s fo r e s ti ma ti ng  se a  and  lan d  surface te mperatur w i th  AT SK data.  Internati ona l Jour nal of Re mote Sensi n g . 19 96;  17: 2089- 211 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       Retrie vin g  Atm o sphe ric Precipita b le Wa ter Vapor  u s i ng Artificial Neural  Network… (Wa ng Xin)    7181 [11]    W J  Black w el l. A Neur al-N etw o rk T e chniq u e   for the  Retr ieval  of Atmos pher ic T e mperature a n d   Moisture Pr ofil es from Hi gh  Spectral  Reso l u tion S o u ndi n g  Data.  IEEE  Trans.   Geosci. Rem o te  Sensi n g . 20 05;  43(11): 25 35- 254 6.  [12]    William J Bl ac k w e l l F r e deri ck W  Chen. Neura l  Net w ork s  in Atmosph e r ic Remote Se nsin g. MIT .   200 9.  [13]    T i e W ang, Chao W a ng. B o ra En gin e  C H  Em issio n Diag nos is Bas ed o n  Ne ural  Net w ork.   TEL K OMNIKA . 2012; 1 0 (8): 2 343- 235 0.   [14]   Lia ngj un Z h an g, Cao J i n g , Shizh ong  Jia ng.  Neur al N e t w or k Practical T u torial.  Chi na M a chin e Press.   200 8; 2.  [15]    Xi aofe ng Xu, Jinlo u   Z h ao, Yirui Den g In tegr ated  Opti mizatio n  a nd  Depl o y me nt M e cha n ism  of  Information  R e sourc e s in  Compl e x Ma n u facturin g C o ll abor ative  Log i s tics Net w ork.   Journ a l of   T heoretic al an d Appl ied Infor m ati on T e ch no logy . 20 12; 44( 1): 153 – 1 60.   [16]    Z hou Mi nhu i, W ang W e imi n g,  Z hou Ji ngj in g. Routi ng Opt i miza for F o rce s  Based  on T r affic Matrix.   Journ a l of T h e o retica l and A p plie d Infor m ati on T e chn o l ogy . 2012; 44( 1); 007 - 011     [17]    Shen gla n  Z h a ng, L i sh eng   Xu, Jil i Din g,  Ha il ei  Li u,  Xi a obo  De ng. Pr ecipit abl e W a t e r Va por   Retriev a l Usi n g Neur al N e t w ork from Infrared H y p e rsp e ctral Sou n d i ngs.  Satellit e Rem o te Sens in g   Lab C o ll eg e of Atmospher ic Soun din g , Che n gdu  U n ivers i t y  of  Information T e chnolog y.  2 010.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.