Inversion and III-Posed Problem Solutions in Atmospheric Remote Sensing

With the swift advances in earth observation, satellite remote sensing and application of atmospheric radiation theory have been developed in the past decades, atmospheric sensing inversion with its algorithms is getting more and more importance. It is known that since a remote sensing equation falls into an integral equation of the first kind, thus leading to the fact that it is ill-posed and particularly the solution is unsteady, tremendous difficulties arise from the retrieval. This paper will present a simple review on the inversion techniques with some necessary remarks, before in-troducing the successful efforts with respect to such equations and the encouraging solutions achieved in recent dec-ades by researchers of the world.     

光学遥感卫星大气校正研究综述

由于高分辨率遥感应用需求增加的牵引,国内外发射了越来越多的光学遥感卫星载荷.然而,随着传感器分辨率的增加,大气对地表信息干扰的问题也越来越突出,光学遥感图像的大气校正问题,因载荷特点和应用需求的改变面临着一些新的挑战,有必要对其进行总结和分析.本文在介绍大气校正现状和原理的基础上,按照光学遥感卫星大气校正输入信息来源不同,把大气校正方法归纳为基于图像和图形处理方法、基于辐射传输计算、基于图像自身信息反演大气参数、基于大气同步校正仪的大气校正4类进行介绍.最后,结合我国高分辨率光学卫星的发展方向,对当前的大气校正应用方案和未来发展进行了讨论和展望.     

基于数据窗口标准差的边界层高度反演方法——以上海市为例

大气边界层具备一个重要特性,即在边界层顶部,气溶胶浓度在垂直分布上存在显著突变.利用该特性,采用主动遥感装置经过窗口平滑去除噪点后数据,提出基于梯度法改进的大气边界层高度反演方法——窗口标准偏差法.基于激光云高仪后向散射廓线数据,利用该方法反演边界层高度,在边界层高度下大气气溶胶混合均匀时,反演结果较为理想.在此基础上...     

基于系留气艇平台的红外辐射传输算法实验验证

中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室 (LAGEO) 建立了以系留气艇为平台的综合探测系统。通过气艇在大气边界层上升、下降过程获得不同高度的气象参数和同时的辐射参数。以气象参数为输入,应用辐射传输模式 (MODTRAN4.0) 获得模式辐射输出,将其与实测辐射值作对比,验证MODTRAN4.0模式的准确性,为有关目标识别与遥感提供基础。2006年8月在中国科学院大气物理研究所香河综合观测站利用系留气艇平台进行了验证实验,并对热红外波段的模式对比结果进行分析。结果表明:所建实验系统具备进行模式验证的能力,在热红外波段,MODTRAN4.0模式输出结果与实测辐射亮度之间的相对误差的均方差在边界层大气条件下小于3%。     

微波遥感在大气边界层预报中的应用

本文利用5mm(54.5 GHz)微波辐射计遥感大气边界层的温度廓线,并利用大气边界层数值模式,预报大气边界层的发展。首先改善5 mm微波辐射计遥感大气温度层结的方法,提高精度;其次建立模拟和预报大气边界层发展的一维数值模式,用微波辐射计观测结果每3小时对模式进行一次初始化,使模式能跟踪和预报实际大气边界层的发展,并用实测资料做了验证。     

大气遥感研究展望

对大气遥感研究发展方向作了展望,重点论述了如下几个方面:1)未来大气遥感研究若干特点;2)主被动式相结合的卫星大气遥感;3)大气遥感技术与应用集成;4)大气和地表物理参数的综合遥感;5)气溶胶与云光学特性遥感;6)微量气体时空分布遥感;7)地基大气遥感及走向综合集成.     

大气遥感与卫星气象学研究的进展与回顾

大气遥感作为大气科学中的重要基础与技术支柱,是20世纪60年代以来迅速发展的一门年轻学科.中国大气科学工作者在这方面也紧密结合国家需求与国际学术前沿,从20世纪60年代开始在理论研究,技术发展与实验研究,以及在气象、环境和国防应用等多方面开展了活跃的研究与发展工作.作者主要对中国科学界在大气遥感与卫星气象学发展方面作简要回顾,并着重介绍中国科学院大气物理研究所在大气遥感的基础与方法研究方面的一些进展,以及对大气遥感发展中的作用.主要内容包括:中国大气遥感的简要发展过程、卫星气象的早期发展、卫星红外遥感的基     

Analysis of the ability of infrared water vapor channel for moisture remote sensing in the lower atmosphere

ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＡｂｉｌｉｔｙｏｆＩｎｆｒａｒｅｄＷａｔｅｒＶａｐｏｒＣｈａｎｎｅｌｆｏｒＭｏｉｓｔｕｒｅＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇｉｎｔｈｅＬｏｗｅｒＡｔｍｏｓｐｈｅｒｅＺｈａｏＧａｏｘｉａｎｇ（赵高祥）ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｔｍｏｓｐ...     

A method for spaceborne synthetic remote sensing of atmospheric aerosol optical depth and vegetation reflectance

ＡＭｅｔｈｏｄｆｏｒＳｐａｃｅｂｏｒｎｅＳｙｎｔｈｅｔｉｃＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇｏｆＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＡｅｒｏｓｏｌＯｐｔｉｃａｌＤｅｐｔｈａｎｄＶｅｇｅｔａｔｉｏｎＲｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ①ＱｉｕＪｉｎｈｕａｎ（邱金桓）Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ...     

Determination of vertical temperature profiles for the atmospheric boundary layer by ground-based microwave radiometry

A useful method for remote sensing of vertical temperature profiles in the atmospheric boundary layer is described. From angular measurements of brightness temperature at 58 GHz, profiles have been inferred up to an altitude of 700 m. Calculations were done with an iterative inversion procedure (Smith et al., 1972) using Twomey-type smoothing (Twomey, 1963). It is shown how an initial-guess profile can be directly derived from the radiation measurements using, a nomogram.     

利用红外辐射光谱反演大气CO2浓度的理论研究

依据最新的大气分子光谱数据集（HITRAN 2004）,利用逐线积分辐射传输模式,模拟计算了大气顶射出红外辐射光谱及其对大气CO2浓度变化的灵敏度,发现：大气CO24．3μm吸收带,特别是2241-2249cm^-1、2250-2258cm^-1、2259-2267cm^-1和2382—2390cm^-1波段射出的红外辐射,随CO2浓度的增加而显著降低,且很少受其他大气成分变化干扰,因此特别适于用来遥感探测大气CO2浓度的变化。根据最优非线性反演方法,反演获得了0-15km的大气CO2廓线,结果表明,利用上述4个通道的红外辐射值,可精确反演出自由对流层的CO2浓度变化。     

地基GPS用于阿勒泰积雪深度反演研究

积雪作为主要的淡水资源,准确地监测积雪覆盖与雪深具有十分重要的意义。随着全球卫星导航系统的不断建设和新技术新应用的不断发展,地基GPS遥感积雪参数技术越来越受国内外学者的重视。本文基于阿勒泰市气象局的GPS地表环境监测站观测数据,采用GPS-MR技术开展了积雪深度反演研究。首先给出了GPS-MR技术用于积雪深度反演的基本原理,其次利用阿勒泰GPS监测站2017年1—3月的数据进行了积雪深度反演分析,最后针对不同GPS卫星高度角区间影响进行精度分析。研究结果表明地基GPS可用于阿勒泰气象站积雪深度反演,与实测雪深较差优于3 cm,且较优卫星高度角区间为5°～20°。地基GPS用于积雪深度反演具有全天候、高精度、高时间分辨率、高自动化、低成本等优点,可充分发挥现有地基GNSS气象监测站在积雪探测领域潜在的应用价值,以期地基GNSS监测站成为积雪遥感探测手段的有效补充。     

Recent Progresses in Atmospheric Remote Sensing Research in China-- Chinese National Report on Atmospheric Remote Sensing Research in China during 1999-2003

Progresses of atmospheric remote sensing research in China during 1999-2003 are summarily introduced.This research includes: (1) microwave remote sensing of the atmosphere; (2) Lidar remote sensing; (3)remote sensing of aerosol optical properties; and (4) other research related to atmospheric remote sensing,including GPS remote sensing of precipitable water vapor and radiation model development.     

Recent Progresses in Atmospheric Remote Sensing Research in China——Chinese National Report on Atmospheric Remote Sensing Research in China during 1999-2003

Progresses of atmospheric remote sensing research in China during 1999-2003 are summarily introduced.This research includes: (1) microwave remote sensing of the atmosphere; (2) Lidax remote sensing; (3)remote sensing of aerosol optical properties; and (4) other research related to atmospheric remote sensing，including GPS remote sensing of precipitable water vapor and radiation model development.     

Study on Microwave Remote Sensing of Atmosphere, Cloud and Rain

In this paper, recent research of microwave remote sensing of atmosphere, cloud and rain in China is presented. It includes the following aspects:(1) Progress in the development of multifrequency radiometer and its characteristics and parameters;(2) Application of microwave remote sensing in prediction of atmospheric boundary layer. The atmospheric temperature profiles are derived with 5 mm (54.5 GHz) radiometer angle-scanning observations. Due to the fact that microwave radiometer could monitor the atmospheric temperature profile continuously and make the initialization of numerical model any time, it is helpful for improving the accuracy in prediction of the evolution of atmospheric boundary layer;(3) Theory and application of microwave radiometers in monitoring atmospheric temperature, humidity and water content in cloud. The field experiment of International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP) at Shionomisaki and Amami Oshima of Japan for studies of cloud and weather has been described;(4) Satellite remote sensing of atmosphere and cloud. The TIROS-N TOVS satellite data are used to obtain at-mospheric temperature profile. The results are compared with those of radiosonde, with rms deviation smaller than that of the current operational TOVS processing;(5) Microwave remote sensing and communication. The atmospheric attenuations are derived with microwave remote sensing methods such as solar radiation method etc., in order to obtain the local value instantaneously. The characteristics of Beijing’s rainfall have been analysed and the probability of microwave attenuation of rain is predicted;(6) For improvement of the accuracy of rainfall measurement, a radiometer-radar system (λ= 3.2 cm) has been developed. The variation of rainfull distribution and area-rainfall may be obtained by its measurements, which may be helpful for hydrological prediction.The prospect of microwave remote sensing in meteorology is also discussed.     

GPS遥感区域大气水汽总量研究回顾与展望

20世纪90年代以来，GPS气象学迅速发展成为一个前沿性、多学科交叉的研究领域，利用GPS技术探测大气水汽含量的研究取得了很大进展，有望在未来大气探测、天气预报和气候变化的研究和业务工作中发挥重要作用。文章论述了利用GPS遥感大气水汽总量的气象学意义，比较了该技术相对于其它探测方法的特点和优势，简介了GPS遥感大气水汽总量的类型以及地基GPS气象学的基本原理，对国内外近10年来在应用地基GPS技术遥感大气水汽总量方面取得的主要成果、应用现状及未来发展趋势做了综合性评述。最后，分析了该技术目前存在的主要问题。     

预估临边探测大气温度和水汽廓线的反演精度

针对在研仪器——大气辐射超高光谱探测仪的临边探测模式,模拟计算了大气温度和水汽的权重函数。以此为基础,利用信息量和权重函数线性化方法,结合仪器的可探测亮温阈值0.3 K,计算并分析6种大气状态下,大气温度和水汽混合比廓线在不同反演精度条件下可获得的光谱通道数,在满足最佳光谱通道数200的要求下,理论上预估其反演精度。温度廓线整体反演精度为0.6 K,水汽混合比廓线反演精度可达到5%,但热带大气在16~20 km高度的水汽廓线反演精度仅为10%。反演精度预估,仅提供了一种全面认识仪器性能的方法,精度的确定还有赖于真实探测数据的获取和反演方法。     

基于模糊评价的福建沿海水质卫星遥感监测模型

卫星遥感技术对于开展连续、实时、大尺度的海洋水质状况监测具有明显优势。该文充分利用卫星遥感的标准算法模型和半分析算法模型分别反演得到叶绿素a、颗粒状有机碳、黄色物质和透明度等海洋生态参数,并选取与福建沿海海水受污染程度密切相关的溶解氧、化学耗氧量、无机氮和活性磷酸盐作为海洋水质的评价因子,通过建立海洋生态参数与海洋水质评价因子两者之间的统计关系模型,在海洋水质综合评价中引入模糊综合评价法,最终建立一套基于卫星遥感和模糊评价的海洋水质监测模型,并利用2009—2013年福建沿海同步获取的海洋水质现场实测数据对模型的反演精度进行验证。结果表明:使用该监测模型开展对福建沿海海洋水质卫星遥感监测是可行的,监测准确率为81%,具有较好的业务化应用前景,由于模型对于Ⅳ类海洋水质监测的准确率明显高于Ⅱ类和Ⅲ类海洋水质,因此,比较适合于福建近岸海域的海洋水质监测。     

农作物长势遥感监测业务化应用与研究进展

农作物长势监测可为田间管理提供及时的决策支持信息和早期估产提供依据。为了更好地研究作物生长过程中不同遥感监测作物长势方法的适用性,从多光谱遥感数据、高光谱遥感数据和微波遥感数据的应用及遥感监测指标与模型模拟方面综述了国内外农作物长势遥感监测研究及业务化应用的最新进展,指出了未来拟重点加强的研究任务,包括高时空分辨率和高光谱分辨率遥感数据的业务化技术、多遥感反演参数协同监测作物长势技术研发、基于遥感信息与作物过程模型的集合预报技术研究、全球尺度作物长势监测业务运行系统研发。     

用NOAA/AVHRR资料动态监测小区域冬小麦长势

通过对定点监测资料和NOAA／AVHRR资料的平行分析,探讨了NOAA／AVHRR资料在小区域冬小麦长势动态监测中的应用问题,建立了农学参数与遥感绿度值之间的关系式和卫星遥感苗情分类指标动态方程,为当地冬小麦卫星遥感苗情分类提供了一套客观实用的方法。