星載微波輻射計在水文、農業(yè)和氣象應用及地球水、能量循環(huán)研究中發(fā)揮重要作用。當前的星載被動微波觀測常用于地球物理參數的反演過程,如地表參數陸表溫度、積雪參數和地表融凍過程等,能彌補地面觀測時空分布的不足。這些參數反演中往往忽略了大氣影響(而僅把雨區(qū)進行了簡單的劃分),而大氣水汽、云中液態(tài)水和降水等大氣中各種介質的存在會影響穿過其中的被動微波信號。為了分析被動微波信號受大氣的影響并量化大氣效應從而改進地面參數反演精度,本文開展了星載被動微波受大氣影響分析和大氣校正的研究。利用中國地區(qū)大氣站點探空觀測模擬估算了AMSR-E、MWRI/FY3B、SSM/I每日兩次的微波大氣透過率;利用車載微波輻射計對空觀測對估算的大氣透過率進行了驗證,利用透過率和MODIS大氣可將水間的回歸關系計算了中國地區(qū)5km分辨率的被動微波大氣透過率和大氣下行輻射;利用微波輻射傳輸方程和大氣衰減函數推導了星載被動微波大氣校正的方法,并將其應用到積雪參數遙感反演的大氣校正中。主要進行了下述研究:1)利用標準大氣擴線數據和收集的典型層云、積云擴線數據,結合一維微波輻射傳輸模型,模擬并分析了典型被動微波頻段在晴空和云覆蓋情況下受大氣的影響。通過計算晴空和云覆蓋條件下的被動微波大氣衰減、大氣光學厚度、大氣透過率和大氣下行輻射等物理量,比較分析了非降雨條件下大氣中不同介質對被動微波的影響。發(fā)現大氣水汽和云中液態(tài)水是影響被動微波高頻信號(10.65GHz)的主要因素,尤其是云中液態(tài)水對星載被動微波信號影響較大。2)收集了中國地區(qū)121個站點最近四年間的大氣探空觀測資料,結合云檢測模型和毫米波傳播模型MPM以及米氏散射理論,估算了大氣非降雨情況下中國地區(qū)每天兩次的典型被動微波頻段的大氣透過率,該結果彌補了以往大氣校正研究中只針對幾個站點且較少考慮云中液態(tài)水影響的不足,同時首次用大氣探空觀測資料大面積計算了被動微波大氣透過率和大氣下行輻射。3)利用野外地基輻射計觀測資料對估算的微波大氣透過率進行了驗證,即用車載微波輻射計觀測的不同波段不同高度角下的大氣下行輻射對比相同條件用大氣透過率計算的大氣下行輻射。同時將估算的大氣透過率與GlobSnow中大氣55%分位數模型進行了對比。驗證結果表明估算的大氣透過率可靠,與大氣55%分位數模相比能更好的表現晝夜和四季大氣透過率的變化情況。4)估算的站點被動微波大氣透過率和MODIS的大氣可降水在冬季有很好的相關性,由此發(fā)展了通用的5km分辨率的微波大氣透過率的估算公式。利用星載和地基微波輻射計的零階微波輻射傳輸方程和微波大氣衰減理論,推導了星載被動微波亮溫觀測的大氣校正方法。利用大氣校正后的SSM/I通道的微波亮溫和傳統(tǒng)的雪深梯度計算公式,計算了被動微波積雪雪深,并將計算結果和地面站點積雪觀測雪深進行了對比。計算了SSM/I傳感器V極化下19GHz和85.5GHz的差,通過與IMS積雪雪蓋產品相比,發(fā)現高頻梯度差(19V-85.5V)能很好的反映積雪的空間分布狀況,這為青藏高原地區(qū)被動微波積雪面積反演的精度提高提供了基礎。研究中利用被動微波梯度差結果在和IMS雪蓋相關性最高時的值為閾值來確定青藏高原地區(qū)的微波積雪面積,結果顯示與原始亮溫高頻梯度差相比,大氣校正后的被動微波高頻梯度差確定的青藏高原積雪面積的準確度更高。
【學位單位】：中國科學院大學(中國科學院遙感與數字地球研究所)
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：P407.7
【部分圖文】：

圖 1. 1 非降雨情況下大氣透過率估算 大氣校正方法工作思路示意圖1.4.2 本文結構本論文總共分為六章：第一章內容主要介紹了研究的背景意義 研究方向的國內外研究現狀 論文的主要研究內容以及論文的總體組織結構 第二章主要介紹了論文中所涉及到的基本概念 衛(wèi)星亮溫大氣校正相關的基本原理以及大氣參數反演中所用的各種模型 第三章主要內容是利用晴空和云覆蓋情況下的大氣狀態(tài)參數，結合一維微波輻射傳輸模型，模擬微波大氣衰減系數 大氣下行輻射以及大氣透過率，分析星載被動微波信號受大氣的影響 第四章描述了利用地面大氣探空觀測，云檢測模型 微波毫米波傳播模型 米氏散射理論和微波輻射傳輸方程，描述被動微波大氣透過率的計算方法和過程，并利用車載微波輻射計對空觀測實驗結果來驗證估算的微波大氣透過率的可靠

圖 2. 1 電磁波譜(NASA’S Imagine Universe)圖 2. 2 電磁波譜和波段劃分微波是電磁波的一種形式，是指波長在 1mm~1m（頻率在 300MHZ~30GHZ）

10圖 2. 2 電磁波譜和波段劃分微波是電磁波的一種形式，是指波長在 1mm~1m（頻率在 300MHZ~30GHZ）之間的電磁波（F. T. Ulaby，1981） 近年來，隨著電子技術的發(fā)展，人們也將毫米波和亞毫米波（波長為 1mm-0.1m，頻率為 30-300GHz）遙感與傳統(tǒng)的微波波段的遙感統(tǒng)稱為微波遙感，或稱之為微波/毫米波遙感 分米波 厘米波和毫波統(tǒng)稱為微波，常用的微波波長范圍為 0.8～30 厘米 在表 2.1 中給出出了微波毫米波常用的各個波段的名稱 頻率和波長范圍 表 2.2 列出了我國對于微波頻率的劃分方法以及主要用途
【參考文獻】

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1 王永前;馮文蘭;施建成;邱玉寶;劉志紅;;被動微波遙感大氣校正[J];紅外與毫米波學報;2014年02期

2 張雙益;薛惠文;;淺積云中微物理特性的垂直分布對短波輻射的影響[J];北京大學學報(自然科學版);2011年02期

3 陸登柏;邱家穩(wěn);蔣炳軍;;星載微波輻射計的應用與發(fā)展[J];真空與低溫;2009年02期

4 周珺;雷恒池;魏重;胡朝霞;楊軍;嵇磊;;機載微波輻射計反演云液水含量的云物理方法[J];大氣科學;2008年05期

5 劉朝順;呂達仁;杜秉玉;;地基遙感大氣水汽總量和云液態(tài)水總量的研究[J];南京氣象學院學報;2006年05期

6 陳添宇,李照榮,陳乾,李寶梓;用GMS5衛(wèi)星反演水汽場分析中國西北地區(qū)大氣水汽分布的氣候特征[J];大氣科學;2005年06期

7 姚志剛,陳洪濱;七通道微波輻射計遙感大氣溫度廓線的性能分析[J];氣象科學;2005年02期

8 趙柏林,傅強,杜金林,胡成達,李慧心;微波遙感大氣特性及天氣變化[J];中國科學(B輯 化學 生命科學 地學);1990年04期

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1 張曦;地基微波輻射計遙感陽江大氣溫濕廓線的研究[D];南京信息工程大學;2012年

2 劉亞旭;大氣毫米波輻射特性及應用研究[D];南京理工大學;2010年

本文編號：2867068