基于AMSR2数据的青藏高原地表温度反演

将青藏高原大致分为北部、西部和东部三个部分,利用2017年7月的AMSR2(Advanced Microwave Scanning Radiometer 2,即先进的微波扫描辐射计2)的一级亮温数据,结合NCEP(the National Centers for Environmental Prediction,即美国国家环境预报中心)FNL(Final)全球地表温度产品以及FY-3B(风云三号B星)上的MWRI(Microwave Radiation Imager,即微波成像仪)数据中的地表覆盖类型数据,通过AMSR2单通道亮温数据和NCEP/FNL表面温度产品得到了研究区域地表温度反演的经验算法,进而得到多通道反演算法.并且,对比了两种反演结果,并比较了对地表覆盖进行分类前后的多通道反演结果.结果表明:多通道反演结果和NCEP/FNL产品的相关系数远大于单通道反演结果,多通道反演结果的均方根误差比单通道反演结果小1～2 K;对地表覆盖进行分类后的多通道反演精度比不分类时的反演精度略高;降轨的反演结果普遍比升轨的反演效果好.     

基于FY-3B/MWRI数据的青藏高原地区地表发射率反演

以青藏高原地区为研究区域,利用FY-3B/MWRI(Microwave Radiation Imager)一级亮温数据和NCEP(the National Centers for Environmental Prediction) FNL(Final)全球业务分析资料,通过简化的微波辐射传输方程反演了晴空大气条件下的地表微波发射率.进而根据IGBP(International Geosphere-Biosphere Program)陆表覆盖分类数据,进一步分析了青藏高原地区微波地表发射率的频谱和空间分布特征,并分析了反演误差的来源.结果表明:青藏高原地区微波地表发射率的空间分布、频谱特征都与地表覆盖类型分布特征高度吻合,呈现出西北部地表发射率极化差异大,东南部极化异差小的分布特征.本研究中地表发射率的反演误差主要来自降水像元判别方案、再分析资料的时空匹配.还需要进一步研究定量误差,以期提高反演精度,进而建立长时间序列的地表发射率数据库,为青藏高原地球物理参数的遥感反演提供数据支持.     

FY3B-MWRI中国区域雪深反演算法改进

基于2002～2009年全国753个国家基本气象站观测的地面雪深和温度资料,以及同期的高级微波扫描辐射计(Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS,AMSR-E)亮温数据,利用不同频率亮温对雪深的敏感性差异,建立了中国区域雪深半经验统计反演算法.经2006年地面台站观测雪深验证,其反演均方根误差为5.6 cm.具体反演思路如下:根据全国1 km网格土地利用覆盖度数据,结合中国区域的下垫面微波辐射特征,划分成森林、农田、草地和裸地四种主要地物类型;首先建立这四种主要地物类型相对较纯像元下的雪深反演算法,然后利用线性混合像元分解技术,建立微波像元下高精度的雪深反演算法.将本算法分别应用于风云三号B星搭载的微波成像仪(Fengyun-3B/Mcirwoave Radiation Imagery,FY3BMWRI)和AMSR-E数据,进行了2010～2011年冬季雪盖制图,与相应时段的MODIS日积雪产品(MYD10C1)相比,尽管两者数据源有所不同,本算法估算雪盖的精度均达到84%以上.此外,利用本算法和FY3B-MWRI数据在北半球进行了雪当量估算测试,与AMSR-E标准雪当量产品进行了比较,发现二者结果较为一致.但在中国地区,AMSR-E雪当量值明显高于FY3B-MWRI估算值,这与目前已有AMSR-E雪当量产品的验证结果较为一致,FY3B-MWRI雪深估算值与站点观测值更为吻合.该算法已被作为国家卫星气象中心FY3B-MWRI雪深产品的业务化算法.     

COSMIC数据验证FY-3 MWTS通道4的观测结果

利用无线电掩星探测在平流层具有较高精度和稳定性的优势,本文采用COSMIC资料验证我国风云3号(FY-3)系列卫星上微波温度探测仪(MWTS)通道4表征的平流层低层测量结果.两年的FY-3A/3B上MWTS通道4观测亮温与掩星数据模拟的亮温相比较分析表明:两颗卫星平台上MWTS通道4观测亮温都偏高,尤其在热带地区和极区夏季;FY3A/3B上MWTS通道4亮温偏差的月均值变化趋势较为一致,两个年份的变化趋势也较为一致.MWTS通道4表征的平流层低层观测亮温在不同纬度带呈现不同偏差分布特征:热带地区明显系统偏高2~4 K,中纬度地区偏高1 K;而高纬度地区则出现随季节显著变化的偏差,尤其在南极地区季节差异达到5 K,这种依赖于环境温度出现的较大亮温偏差不完全是频率偏移引起.热带地区观测与模拟亮温差异显著,并且热带地区样本对于全球总体亮温偏差影响程度达到20%,这表明COSMIC数据在热带地区的验证结果需谨慎使用.     

月球吕姆克地区微波辐射特性及月壤参数反演研究

嫦娥五号月球探测器预计将在月球风暴洋北部的吕姆克地区着陆并实施钻探采样.为辅助确定采样点,本文基于嫦娥微波探测仪数据首先对该区域的昼夜微波辐射特性进行了分析,然后对月壤介电常数和厚度进行了反演.由微波亮温图可知:昼夜亮温随频率的变化规律不同,白天37GHz亮温最高,黑夜19.35GHz亮温最高;三个高频通道的昼夜亮温分布不同,尤其在南部;吕姆克E区域白天亮温较高,黑夜亮温较低,昼夜温差较大.月壤参数的反演结果表明介电常数西、北部低,中、东部高,吕姆克E附近区域值最大;西北部月壤厚度大于6m,其他绝大部分区域不超4m,吕姆克E区域月壤最薄,约2.5m.考虑卫星的平稳着陆及钻孔采样,建议着陆区选在月壤较厚的西北部,并避开吕姆克E区域.     

2011年盈江5.8级地震热辐射亮温异常分析

使用从2010年1月12日至2012年1月11日,在(20°～30°N,93°～ 103°E)范围内由中国静止气象卫星FY-2E观测的热红外遥感亮温资料,对2011年3月10日盈江5.8级地震周边地区的热红外亮温异常特征进行了研究.结果表明:从2011年3月初开始在盈江5.8级地震震中周围开始出现相对能谱异常,之后异常区域逐渐扩大并向震中区域集中,并于3月中下旬在震中偏西地区形成片状异常区域,相对能谱最大异常幅度达13倍,随后异常区域和幅度逐渐减小,地震发生后数天异常消失.     

基于时间序列的星载微波成像仪无线电频率干扰识别方法

无线电频率干扰(Radio Frequency Interference,简称RFI)的识别对提高星载被动微波资料的利用率有重要作用.本文基于先进的微波扫描辐射计AMSR-2(Advanced Microwave Scanning Radiometer-2)2016年1月1日到2017年12月31日两年的观测亮温资料,采用两种基于长时间观测序列的方法(平均值与标准差法、标准估算误差法)来识别全球陆面在C波段(6.9 GHz和新增7.3 GHz通道)的无线电频率干扰,同时还统计分析了长时间RFI信号的分布及变化特征.通过与成熟的谱差法对比验证表明,平均值与标准差法、标准估算误差法对识别全球陆面在C波段的无线电频率干扰是行之有效的,而且标准估算误差法能够将谱差法、平均值与标准差法在冰雪覆盖区域(如格陵兰岛)识别的虚假RFI信号给剔除,有助于得到更加准确的全球无线电频率干扰信号分布图.研究还发现,RFI信号的空间位置分布随时间的推移是逐渐变化的,其出现概率与通道的极化特性有关,且在6.9 GHz水平极化通道识别出RFI信号的视场总数多于垂直极化通道,而在7.3 GHz水平极化通道识别出RFI信号的区域则少于垂直极化通道.同一频率的升轨和降轨资料中RFI信号的出现概率也不同,不论6.9 GHz和7.3 GHz的水平还是垂直极化通道,在升轨资料中识别出RFI信号的视场总数都多于降轨资料.     

利用风云三号微波成像仪资料遥感“桑达”台风降雨云结构

本文利用搭载于我国风云三号B星上的微波成像仪(MWRI)观测亮温数据,结合戈达德廓线反演算法,对1102号"桑达"台风地面雨强和降雨云结构进行反演试验.利用AMSR-E业务降水产品对地面雨强反演结果进行了检验,结果表明,MWRI和AMSR-E反演的地面雨强在空间分布上非常吻合,相关性达76%,均方根误差约2.8 mm/h,二者的观测亮温及地面雨强反演结果具有较好的一致性.提取洋面台风雨区的平均水凝物廓线,其垂直结构显示,雨水和可降冰含量丰富,随高度变化明显,且具有明显峰值高度,云水和云冰含量则较少,且随高度变化不明显;当降水增强时,雨水和可降冰各层含量稳定增加,且峰值高度基本保持不变,云水和云冰含量则增幅不稳,且峰值高度有所改变.地面雨强随距台风中心距离的变化阐释了台风的螺旋结构及降水特点,距台风中心距离0.3°和0.6°附近分别出现了地面雨强峰值和次峰值,且66%的降水集中在距台风中心距离1°的空间范围内.MWRI提供的台风地面雨强和降雨云垂直信息具有较高的可信度,对于我们监测台风降水、分析台风降水结构的时空演变特征以及数值预报模式应用等具有重要的参考价值.     

基于GLONASS-MR技术的雪深探测研究

积雪不仅作为一种关键的淡水存储方式,也是全球气候系统的重要组成部分之一.目前,基于大地测量型接收机的GNSS-MR(Global Navigation Satellite System Multipath Reflectometry)技术遥测地表特征参数的研究已广泛开展.然而,先前大多的研究利用GPS (Global Positioning System)卫星探测积雪深度并获取了良好的结果,但是其仍存在观测数据单一、反演精度偏低等问题.为增加GNSS-MR技术所使用的数据源且GLONASS卫星数量接近GPS系统,本文提出了基于GNSS-MR算法,采用GLONASS卫星L1和L2载波低卫星高度角(小于25°)的信噪比数据测量了加拿大YEL2跟踪站2015年7月至2016年6月的逐日雪深.该反演值分别与GPS的结果和实测雪深对比,从多路径反射信号与雪深变化量的关系、反演精度以及相关性等多方面进行详细分析,验证了基于GLONASS卫星信号反演地表雪深的适用性和可靠性.结果显示:利用GLONASS卫星信噪比数据的反演雪深与实测雪深间具有高一致性.其中,GPS和GLONASS卫星L1载波的反演雪深无明显差异,两者的RMSE皆在4 cm左右;而GLONASS卫星L2-RMSE为2.6 cm,相关系数达到0.98,其雪深反演的效果明显优于前两种方法.因此,该结果表明采用GLONASS卫星反射信号探测地表雪深能进一步扩展GNSS-MR技术的应用.     

基于FY-3C微波成像仪的沙漠地表发射率反演

地表发射率是地表的固有属性,也是反演地表信息和大气温湿度廓线的重要参数.为了获取准确且具有具体物理含义的沙漠地区微波地表发射率,首先选取塔克拉玛干沙漠部分地区为反演区域,根据二元函数泰勒定理,推导了该地区的微波地表发射率与地表温度、地表湿度的线性、非线性函数关系.其次,利用最优控制原理,结合FY-3C微波成像仪的观测亮温资料与辐射传输模式(CRTM)模拟亮温数据,构建了沙漠地区微波地表发射率的线性与非线性反演模型.通过对比发现,利用线性和非线性反演模型得到的地表发射率不仅提高了反演区域亮温的模拟精度,而且模拟亮温的变化趋势也与观测更吻合.最后,对地表发射率的线性和非线性反演模型进行了不同时间与空间上的独立性检验,结果表明:除了反演区域外,在整个塔克拉玛干沙漠地区,两种模型反演的地表发射率仍比原地表发射率模拟亮温更接近观测.总的来说,线性和非线性反演模型对沙漠地区的微波地表发射率反演均具有一定的有效性和普适性,且非线性反演模型优于线性反演模型.     

华北地区地壳P波和S波速度结构的双差层析成像

基于华北地区(37°N—42°N,113.5°E—118.5°E)133个固定地震台站收集到的P波和S波震相数据,利用双差层析成像法反演了该地区地壳三维速度结构并对所用地震进行了重定位.结果显示:地震走时残差均方根的平均值由重定位前的0.265 s下降至0.008 s;重定位后的震源主要分布于6—16 km深度范围内;...     

基于广义RI指数的微波观测资料干扰识别方法

基于AMSR2(the Advanced Microwave Scanning Radiometer 2)一级亮温数据,提出了广义RI指数(Radio Frequency Interference Index)识别方法来检测无积雪覆盖陆地和洋面区域AMSR2 7.3 GHz通道受RFI(Radio Frequency Interference)影响的观测数据,进而用主成分分析法以及谱差法的检测结果进行验证,并分析了三种方法检测结果间的差异.结果表明:广义RI指数识别方法的检测出的RFI和其他两种方法的检测结果基本一致,这表明新算法对识别陆地和洋面上的RFI是有效的.但这三种检测方法的区别是,主成分分析法识别的RFI信号比其他两种方法确定的范围小、数量少,谱差法次之,广义RI指数检测方法检测出的RFI信号最多.本研究为评估不同识别算法提供了参考,还为进行卫星遥感技术微波频段保护提供了理论依据.     

用遗传有限单元法反演川滇下地壳流动对上地壳的拖曳作用

利用震源机制解和地质调查资料,运用伪三维遗传有限单元法反演了中国川滇部分地区（96°E～104°E, 22°N～30°N）受到的边界作用和该地区底部所受的剪切作用力. 对反演方法进行了讨论,获得了稳定的反演结果. 结果显示,该区川滇菱形块体上地壳底部受下地壳南南东向剪切力,与GPS反映的现今地块运动方向大体一致;而研究区域其他地区底部没有受到统一显著的剪切力作用. 结合该地区的研究资料,初步认为青藏高原物质受挤压向东和东南运动过程中,下地壳物质比上地壳更易于流动,从而对川滇菱形块体上地壳有拖曳作用. 从应力场反演的模型位移与GPS实测的现今位移资料也大体吻合,反映结果有合理的物理意义.     

2018年5月28日松原MS5.7地震热红外亮温异常分析

基于2016年5月29日—2018年5月28日中国静止气象卫星FY-2E （FY-2G）的连续亮温观测数据,利用连续小波变换法分析了2018年5月28日松原M_S5.7地震前震中附近（119°E—134°E,40°N—50°N）热红外亮温相对小波能谱的时空演化。结果显示:自2018年2月起,热红外亮温相对小波能谱首先在北西向的第二松花江断裂前郭部分出现高值异常;随后异常范围沿第二松花江断裂前郭部分和扶余—肇东断裂扩展,至2018年3月异常范围及幅值达到峰值;而后异常空间分布逐渐向震中附近收缩成一条NE走向的沿扶余—肇东断裂分布的窄带状区域,异常幅值逐渐降低;最终于４月中旬异常在该区域内消失,其后约40天发生松原M_S5.7地震,震中位于异常区域的边缘。此外,本文还分析了2013年以来研究区域内热红外亮温相对小波能谱高值异常与所发生地震的对应关系,结果显示:在7组异常中有4组异常出现后有地震发生,且此4次地震为该时段内研究区内所发生的所有浅源地震。      

区域红外亮温背景场建立方法及初步应用

本文主要利用NOAA/AVHRR热红外亮温图像建立活动构造区域亮温背景场的方法, 对背景场建立过程中NOAA图像的几何精校正、 云和干扰噪点、 噪线的去除等关键问题进行了分析, 并提出相应的解决方法。 在此基础上, 利用多年的NOAA卫星资料, 建立了首都圈地区(38°～42°N, 112°～118°E)的旬、 月、 年不同时间尺度上的亮温背景场, 并进行了分析。 结果表明, 首都圈地区的亮温背景场变化主要受季节和地形因素的影响, 时间维上整体表现为夏高冬低的年变特征, 符合季节变化规律; 空间维上总体表现为东南部华北平原区亮温高, 西北部随海拔高程的增加而亮温逐渐降低为特征。     

风云三号C星微波湿温探测仪的定标和验证

风云三号C星(FY-3C)已经于2013年9月23日发射升空,其上装载的微波湿温探测仪(MWHTS)已于9月30日开机正常工作.MWHTS具有对大气温度和湿度垂直分布进行同步探测的能力.MWHTS为跨轨扫描式微波辐射计,在89~191GHz毫米波段内设置了十五个探测通道,其中包括118.75GHz氧气吸收线附近的8个大气温度探测通道,183.31GHz水汽吸收线附近的5个大气湿度探测通道,以及89GHz和150GHz两个窗区通道.设置在118.75GHz的一组毫米波探测通道是国际上业务卫星首次使用的大气探测通道,这组通道和183.31GHz通道对大气进行联合探测,将获得更加精细的大气温湿度垂直分布数据,为数值预报和气候研究提供丰富信息.为保证MWHTS观测资料的定量应用,对仪器性能和定标精度进行了在轨测试.利用MWHTS在轨正常工作后的三个月数据,对仪器在轨定标的基础数据:冷空和黑体计数值,黑体和仪器温度进行监测分析和质量检验,经过质量检验的在轨定标基础数据,结合发射前真空试验得到的非线性订正项在轨定标生成MWHTS观测亮温数据.评估MWHTS在轨辐射定标结果的精度和偏差特性使用了三种方法:1通过场地定标试验获取大气温湿廓线和地面温度等大气参数信息,结合微波逐线正演辐射传输模式MonoRTM(Monochromatic Radiative Transfer Model)模拟MWHTS的上行微波辐射亮温,与MWHTS实际观测结果进行对比分析;2两个通道特性一致的同类星载被动微波载荷同时观测同一目标,观测亮温的差异主要取决于两个载荷的定标系统偏差.选取美国SNPP上搭载的微波探测仪器ATMS作为MWHTS的参考载荷,基于SNO(simultaneous nadir overpass)技术,对两个仪器的观测亮温进行交叉比对,观测亮温时空匹配及均匀性检验的条件为:观测时间差异小于20min,观测像元中心距离小于3km,观测角度在星下点附近差异小于5°,观测像元周围3×3像元内的亮温标准差小于1K;3基于美国国家环境预测中心的全球数据同化系统GDAS(Global Data Assimilation System)数据,利用快速辐射传输模式CRTM(Community Radiative Transfer Model)对MWHTS各通道亮温进行正演模拟,模拟结果(O)和仪器实际观测的亮温(B)之间的差异记为"O-B",对偏差值"O-B"进行统计特征分析.仪器中心频率的变化、正演模式模拟精度和模式输入廓线自身的误差都会对"O-B"产生影响.但是对于首次使用的探测频点而言(如118.75GHz通道),由于国际上没有同类载荷可以进行交叉比对,借助于正演辐射传输模式计算得到"O-B"偏差的分析结果可以在一定程度上反映仪器整体定标情况.外场地定标试验结果显示除通道14外,其他14个通道的亮温差都在1.3K以内;与同类载荷ATMS的在轨观测进行直接交叉比对表明通道14与ATMS的亮温偏差最大,但中心频点一致的5个水汽探测通道的标准差都小于1K;将MWHTS观测结果和正演辐射传输模式模拟结果即"O-B"进行偏差分析显示,靠近118.75GHz吸收线中心的通道2—6"O-B"标准差小于0.5K,其他通道"O-B"标准差和ATMS相应通道的结果相当;MWHTS观测和模拟偏差随角度变化的研究表明通道1,7~13和15观测结果对角度有一定依赖性.     

青藏高原中部中小地震的精定位、震源机制及构造背景分析

利用绝对地震定位方法(Hpyo2000)对青藏高原中部地区(32°N～36°N,90°E～93°E)于2016年6月至2017年6月期间发生的中小地震进行了重定位。与中国地震台网测定结果相比,定位后结果整体上更加聚集,水平位差距超过10km,深度上集中在0～8km范围内,这表明青藏高原内部上地壳构造活跃。2017年6月共发生8次3.0级以上地震,定位后的震中位置集中分布在格拉丹东附近。定位前后M3.0的小地震的结果也显示明显的差异。为此,我们采用CAP(Cut and Paste)方法反演了M≥3.0地震的震源机制,结果显示其与地表构造性质较为吻合,青藏高原内部仍受到印度板块强烈的挤压作用。其中2017年6月格拉丹东附近发生的8次地震均为正断或走滑兼正断型,根据前人研究结果,猜测这是壳幔活动剧烈的地表响应。     

青藏高原东缘深部速度结构远震层析成像

本文利用FMTOMO层析成像软件以及远震P波走时数据,获得青藏高原东缘地区300km深度范围内的P波速度结构,得到以下结果：①在60～140km深度范围内,102°E～104°E、29°N～31°N,四川盆地西南部存在一个相对低速区域;②在60～140km深度范围内,沿着龙门山断裂带,在龙门山断裂带的西北侧区域出现相对...     

乌鲁木齐地区现今构造应力场综合分析

乌鲁木齐地处天山中段.震源机制解研究表明,北天山中段区域主压应力方向为N10°E左右,且具有自西向东逐渐东偏的特点.在乌鲁木齐地区,由中强地震震源机制解反演的主压应力方向为N15°-20°E;由断层滑动资料反演的乌鲁木齐周边构造应力场的主压应力方向为N17°W-N2°E.上述两种资料反演的乌鲁木齐构造应力场主压应力方向...     

青藏高原东北缘深地震测深研究成果回顾

本文回顾了在青藏高原东北缘(32°-40°N,100°-108°E)地区深地震测深研究的主要成果,给出了这一地区地壳中地震波速度结构的特征和莫霍面的形态。