RPG-HATPRO-G3地基微波辐射计反演产品评估

RPG-HATPRO-G3地基微波辐射计采用"多通道并行测量技术",性能稳定,反演精度高。应用该微波辐射计和常规L波段探空数据,比较了微波辐射计反演数据与探空测值的差异。结果表明:温度、水汽密度与常规探空资料比较有很好的线性相关性,对仪器维护后可以提高数据质量;相对湿度数据离散度较高。比较无降水时不同高度下微波辐射计反演数据的精度,温度在1 000 m以下低层平均误差和均方根误差较小;水汽密度的平均误差和均方根误差均为近地面较大,随高度而减小;相对湿度的平均误差和均方根误差都明显较大,温度和水汽密度的准确性高于相对湿度。降水时不同高度的温度、水汽密度和相对湿度的平均误差和均方根误差变化趋势均与无降水时相似,但是误差值明显偏大;降水时反演温度在2 000 m以下误差较小,水汽密度在3 000 m以下反演值较探空测值大,相对湿度在降水时的误差较大。     

基于海岛站探空资料的 WindSat海洋大气可降水量产品检验

利用时空匹配的15个海岛站的探空资料对WindSat 2007—2015年的海洋大气可降水量产品(total precipitable water,TPW)进行了检验,并分析了造成两者差异的原因。结果表明:WindSat反演的海洋大气可降水量产品与探空比对的一致性较好,两者平均偏差为-0.43mm,均方根误差为3.14mm,标准偏差为3.11mm,相关系数达到了0.98;WindSat在中高纬度地区反演效果较好,均方根误差在各个站点均小于3mm;在低纬度地区WindSat反演精度较差,均方根误差大于5mm。低风速对WindSat可降水反演精度影响较大;海面温度和云中液态水含量与大气可降水量产品之间无明显相关关系;WindSat反演精度随纬度降低下降明显;利用白天探空释放所得到的水汽数据存在干性偏差。     

红外和微波辐射计反演海表面温度的比较

介绍了红外辐射计和微波辐射计测量海表面温度的原理,分析了它们各自在反演海表面温度时的差异。在全球范围的海表面温度的遥感蛉测中,红外辐射计和微波辐射计的遥感精度受到多种因素影响。传感器本身的噪音、算法反演精度、传感器分辨率、搭载卫星的全球覆盖率等自身因素使辐射计的探测资料产生差别：大气状况、海面风速、测量海洋不同深度海水的表征温度等外界因子也同时影响着红外辐射计和微波辐射计的遥感精度。了解红外波段和微波波段的辐射计在各方面的优劣,有助于发挥各自特长,有效提高卫星监测海表面温度的精度。     

红外和微波辐射计反演海表面温度的比较

介绍了红外辐射计和微波辐射计测量海表面温度的原理,分析了它们各自在反演海表面温度时的差异。在全球范围的海表面温度的遥感监测中,红外辐射计和微波辐射计的遥感精度受到多种因素影响。传感器本身的噪音、算法反演精度、传感器分辨率、搭载卫星的全球覆盖率等自身因素使辐射计的探测资料产生差别;大气状况、海面风速、测量海洋不同深度海水的表征温度等外界因子也同时影响着红外辐射计和微波辐射计的遥感精度。了解红外波段和微波波段的辐射计在各方面的优劣,有助于发挥各自特长,有效提高卫星监测海表面温度的精度。     

微波辐射计遥感海水盐度的水池实验研究

通过水池实验研究了L波段微波辐射和盐度的关系,并进行了盐度的反演计算。实验中,先向水池内加入天然海水,然后通过向水池中添加自来水的方式调节降低池内水体的盐度,使盐度从31.67逐步降低到27.48。在此期间,利用微波辐射计观测池内水体的L波段H极化和V极化辐射值以及S波段V极化辐射值,利用CTD观测池内水体的温度和盐度。L波段微波辐射值和根据辐射理论计算出的亮温值具有很好的线性关系。利用最大和最小的2个盐度下的微波辐射值和由辐射理论计算的亮温得到定标公式,将观测的辐射值换算为亮温。最后利用半解析的反演算法反演盐度。本次实验的反演最大误差为2.1,均方差为0.3。     

基于Aquarius数据的粗糙海面L波段辐射模型研究

Aquarius是NASA于2011年6月发射的基于主被动遥感技术的盐度观测卫星,其主要载荷是一个工作于L波段的微波辐射计。Aquarius天线三波束扫描刈幅可达390km,在7d内完成对全球海域的盐度观测。海面风浪导致海面粗糙度的变化,进而影响海面微波辐射特性。粗糙海面辐射亮温是盐度信息提取的重要误差源,需要发展相应的海面辐射模型进行修正。本文利用Aquarius观测的海表亮温数据,与扫描微波辐射计WindSat测量数据进行时空匹配,建立了一个描述粗糙海面L波段辐射特性的参数化模型,进而利用该模型进行了海表盐度反演,并将反演结果与Argo实测盐度数据进行了比较。结果表明,本文发天展的参数化模型可以准确描述中低风速条件下的粗糙海面辐射,在12m/s以上高风速条件下对粗糙海面亮温存在高估;采用此模型反演的盐度误差优于0.5,在高风速条件下盐度反演误差可超过1。     

基于Argo浮标数据的星载微波辐射计Aquarius数据产品质量评估

Aquarius是专门用于海洋盐度监测的L波段辐射计,于2011年6月发射入轨,目前已进入业务化运行阶段。本文以太平洋为研究区域,利用Argo盐度现场数据对星载微波辐射计Aquarius的2012年2级数据产品质量进行了分析与讨论,结果表明:与Argo数据比较,Aquarius数据盐度存在0.1的负偏差,标准差约为0.7,升轨和降轨数据差异不明显;受亮温陆地污染和无线电射频干扰的影响,近岸海域反演误差较大;海面温度较高的低纬海域反演结果优于中纬度海域;受亮温敏感性及粗糙海面发射率模型的影响,Aquarius在低温水域以及高风速条件下盐度反演误差较大,标准差可达1以上。     

全球海洋大气柱水汽含量遥感融合数据产品生成

本研究利用国际在轨SSMIS、WindSat、AMSR-E、ASMR2和国产HY-2A微波辐射计多源遥感大气柱水汽含量观测数据,基于最优插值算法,生成了2003-2015年全球海洋每日0.25°高分辨率的大气柱水汽含量多源遥感融合产品,以及2012-2015年未使用HY-2A微波辐射计数据的全球海洋每日0.25°遥感融合产品。利用无线电探空仪水汽含量观测数据,对生成的全球海洋大气柱水汽含量融合产品进行精度检验。结果表明,总体上,13年间均方根误差和标准差小于3 mm,平均偏差小于0.6 mm,平均绝对偏差小于2 mm,相关系数大于0.98;使用HY-2A微波辐射计数据产品会使融合结果的精度出现微小的降低;AMSR2和HY-2A微波辐射计数据的联合使用对于替代AMSR-E数据具有积极意义。     

环境参数对L波段盐度计观测亮温的影响研究

星载海洋盐度计依据海表面盐度在微波波段的辐射特性,通过构建海面微波辐射探测器,利用海面辐射亮温、海表面粗糙度以及海面温度等信息反演得到海表面盐度,是实现全球海洋盐度观测的有效手段。构建合理的星载L波段盐度计辐射传输正演模型是准确定量反演海表盐度的基础,卫星盐度计观测亮温不仅与卫星固有参数有关,还与海洋、大气及空间因素密切相关。为了研究外界环境因素(海表盐度、温度、海面风场、海面气压、海表气温、大气水汽含量、降雨以及法拉第旋转角等)对盐度计观测亮温的影响,文中基于L波段盐度计辐射传输正演模型以及MPM93大气毫米波传播模型,通过敏感性分析,研究星载盐度计在不同环境条件下的参数敏感性,为减小外界因素对海表盐度反演精度的不利影响提供理论依据。     

基于星载微波辐射计的海洋大气参数反演算法研究

利用3个辐射传输模式对无冰无降水情况下的星载微波辐射计亮温测量进行仿真研究,通过模拟计算结果与同步卫星数据之间的比较分析,确定了用于反演算法研究的前向模式;利用该模式,提出了基于物理的星载微波辐射计海洋大气参数(包括海面风速、海表温度、大气垂直积分水汽量以及积分液态水量)多重线性回归算法。     

一维综合孔径微波辐射计遥感海面温度的敏感性分析

一维综合孔径微波辐射计能够有效提高观测的空间分辨率,其观测入射角通常在0°~55°范围内变化。为了开发适用于一维综合孔径微波辐射计的海面温度反演算法,需要评估其观测亮温对海洋大气环境要素的敏感性。利用海面发射率模型和大气辐射传输模型,构建了适用于一维综合孔径微波辐射计的微波海洋大气辐射传输模式,研究了C波段垂直和水平极化微波辐射亮温在不同入射角下对海洋大气环境要素的敏感性变化情况,并定量计算了相应的敏感系数。结果表明:垂直和水平极化亮温对海洋大气环境要素的敏感性表现出不同的特性。随着入射角的增大,垂直极化亮温对海面温度的敏感性增强,对海面风场的敏感性相对减弱;水平极化亮温则相反。由大气水汽含量和云液态水含量误差引入的垂直和水平极化亮温误差随入射角增大而增大,但是,即使在55°的大入射角下垂直和水平极化亮温误差仍小于0.12 K。对于海面温度反演精度优于1 K的要求,一维综合孔径微波辐射计的测温精度需优于0.6 K。研究结果对于一维综合孔径微波辐射计海面温度反演算法的研究和载荷设计具有一定的理论指导意义。     

基于探空和SSMI/S资料的AMSR-2海上大气可降水产品检验与评估

利用海岛探空资料和SSMI/S(special sensor microwave imager/sounder)–F16海上大气可降水量产品对AMER-2(advanced microwave scanning radiometer-2)2012年7月—2016年6月的海洋上空大气可降水量产品进行比对检验。结果表明:AMSR-2反演的海上大气可降水量与利用海岛探空资料计算所得值比对的一致性较好,两者之间平均偏差为0.35 mm;2012—2016年AMSR-2与SSMI/S-F16可降水月平均值的分布情况在热带辐合带、南太平洋辐合带和南大西洋辐合带可观测到相似的结构和特征,两者平均偏差为–0.04 mm,标准偏差为1.21 mm。检验的结果证明了AMSR-2反演的大气可降水产品精度满足产品设计指标,而误差分析的相应结论对于未来优化水汽反演算法具有重要意义。     

微波辐射计海面温度的数据质量控制

根据星载微波辐射计反演海洋大气参数的过程,分析了仿真实验中线性反演算法和非线性反演算法对反演结果的数据质量控制能力。AMSR-E观测数据的非线性反演结果分析对仿真实验的结论进行了验证,得到了肯定的结果。实验结果表明:星载微波辐射计的非线性反演算法物理意义明确、结果可靠,有良好的数据质量控制能力,具有业务化应用的潜力。     

不同海区大气条件对船载微波辐射计反演结果的影响

基于探空资料,对不同纬度海区船载微波辐射计的反演误差进行了分析。结果表明:(1)观测期间南半球热带地区与赤道地区对流层平均高度为17.5km左右,高于北半球中纬度地区(16km)。(2)相比于采用单神经网络,依据北半球中纬度地区、南半球热带地区、赤道地区三类区域划分不同神经网络进行反演的结果取得一定优化效果,具体表现在南半球热带地区高空温度、低空相对湿度和赤道地区低空温度、相对湿度的反演误差的减小。(3)相关分析表明,微波辐射计对温度的反演效果优于相对湿度,北半球中纬度地区相对湿度的反演优于南半球热带地区与赤道地区。     

HY-2微波辐射计降雨条件下海面风速反演算法研究

由于降雨改变了海洋-大气的辐射/散射特性,长期以来星载遥感器在降雨条件下进行海面风速信息提取存在困难。本文针对自主海洋动力环境卫星海洋2号（HY-2）搭载的扫描微波辐射计,分析了不同频段亮温对降雨和海面风速敏感性,自此基础上获得了一种对降雨不敏感的亮温通道组合,该亮温通道组合对海面风速的敏感性甚至高于原有亮温通道。本文利用该亮温通道组合建立了降雨条件下的风速反演算法,并将反演结果与WindSat全天候风速产品、HY-2微波辐射计原有风速产品以及浮标实测数据进行了比较。结果表明本文算法在降雨条件下的反演误差小于2m/s,明显优于原有HY-2微波辐射计风速产品,验证了本文发展的算法在降雨条件下的风速反演能力。     

台风天气条件下地基微波辐射计反演产品精度分析

利用中国气象局上海台风研究所台风试验获取的4个典型台风个例数据,对地基微波辐射计反演的温度、水汽密度廓线与同址GP S探空资料得到的廓线进行对比分析,发现二者的温度、水汽密度相关系数分别为0.988、0.928.微波辐射计的探测精度在不同高度上有很大差异,整体来说,在高层温度探测精度较优于低层,而在低层水汽密度探测精度...     

水下光谱辐射计光学特性的测试与分析

为适应高精度水下光学测量的需求，设计研制了多通道水下光谱辐射计。该辐射计可同步测量12波段的下行／上行光谱辐照度和7波段的上行光谱辐亮度。对该辐射计的主要性能指标，如余弦响应特性、浸没因子、光谱辐射精度、稳定性和重复性进行了室内测试和分析，用MonteCarlo方法模拟了阴影误差，给出并分析了现场实验数据及部分推导的物理量。结果表明，该光谱辐射计各波段的中心波长和带宽偏差小于1．6nm，稳定性优于5％，阴影误差可控制在5％之内，具有良好的余弦响应特性，满足当前定量化水色遥感现象光辐射测量的技术要求。     

南海区域红外波段大气透过特征分析

利用MODTRAN大气辐射传输模型,输入我国南海区域大气廓线数据,对比分析气溶胶对红外波段大气透过特性的影响。研究表明,气溶胶、温度和季节对该波段在大气中传输均有一定影响;南海区域大气透过率随季节变化很大,夏季比冬季小10%以上,00时大气透过率略大于12时;采用近似国外模式大气带来的误差最大可达到50%以上。该研究结果充分说明:在红外波段大气透过率计算中引入实际大气廓线数据具有重要的军事和工程应用意义。     

基于星载微波辐射低频双极化通道观测数据的微波辐射传输模型

微波辐射传输方程是海洋-大气微波遥感的理论基础,本文基于晴空条件下AMSR-E 10.7GHz水平与垂直极化亮温数据,将平静海面的亮温观测结果与4种海水相对电容率模型和2种大气水汽吸收模型的计算结果进行比较,确定了海水相对电容率模型与水汽吸收模型,基于上述模型和实测亮温数据反演了风致各项同性海面发射率,其与已有的经验模型结果基本一致,由此建立了星载微波辐射传输模型;利用建立的辐射传输模型计算亮温与AMSR-E观测亮温分别反演了海表面温度与海表面风速,验证了所建微波传输模型的有效性。本文的研究结果可为星载微波辐射计亮温定标、海洋地球物理参数提取奠定基础。     

基于微波遥感技术海面盐度反演方法

海面盐度(sea surface salinity,SSS)是研究海洋变化及其气候效应重要的物理量,对海洋生态环境、海洋可持续发展至关重要.为了提高海面盐度反演精度,本文通过对SMAP卫星L波段微波辐射计测量的亮温数据进行海面盐度反演研究,考虑风、浪等影响海面粗糙度的环境因子对Klein-Shift模型(简称K-S模型...