多壁碳纳米管复合材料的微波吸收性能

用石蜡分别与多壁碳纳米管及大内径薄多壁碳纳米管按不同的质量比混合,制得了复合吸波材料.采用同轴法测量了复合材料在2~18 GHz范围内的复介电常数和复磁导率,并计算了材料对微波的反射率,分析了其吸波性能.结果表明:碳纳米管复合材料在2~18 GHz范围具有吸波性能.其中质量分数为15％的多壁碳纳米管的最大吸收峰在10.4 GHz,其值为-21.7 dB,质量分数为15％的大内径薄壁多壁碳纳米管的最大吸收峰在11.2 GHz,值为-17.6 dB.     

用SSM/I微波遥感图像分析海上台风的螺旋云带

文中介绍了美国国防气象卫星专用微波成像仪 (SSM /I)上各通道的特性 ,分析了大气中各种粒子 (尤其是云滴和降水滴 )对各通道辐射的吸收和散射效应。通过对SSM /I图像上台风单通道剖面、双通道散点图的分析 ,揭示了台风在微波图像上表现形式的内在物理原因。在此基础上 ,设计了一个降水指数 ,方法是 :将 85 .5GHz的吸收段对称拉伸到散射段的延长线上 ,然后求归一化后的 19.35 ,37.0GHz和经拉伸处理的 85 .5GHz图像 3者的平均值。 3个通道合成降水指数克服了 37.0GHz对大雨滴不敏感 ,和 85 .5GHz对中等大小雨滴不敏感的缺点 ,比原始单通道微波图像更清楚地显示了台风的螺旋云带结构     

FY-3C微波湿温探测仪辐射测量特性

2013年9月发射的FY-3C是我国第2代极轨气象卫星的第3颗星,其上装载的微波湿温探测仪在118 GHz氧气吸收线和183 GHz水汽吸收线设计了两组大气探测通道,在大气窗区设置了89 GHz和150 GHz探测通道。为保证微波湿温探测仪在轨定量应用,卫星发射前完成了地面热真空试验。该文介绍了热真空定标试验原理,并对FY-3C微波湿温探测仪正样产品真空试验数据进行了定量分析。数据分析结果表明:FY-3C微波湿温探测仪正样产品15个探测通道的灵敏度均满足设计指标要求,各通道观测亮温间相对独立,定标准确度优于1.6 K,真空试验过程中微波湿温探测仪定标结果稳定。FY-3C微波湿温探测仪发射前热真空定标特性分析结果为仪器在轨定量应用奠定了基础。     

核壳结构C/TiO2复合材料的制备与微波吸收性能研究

以葡萄糖为碳源,用水热法成功制备了碳微球,再以Ti （SO₄）₂为钛源,制备了核壳结构的C/TiO₂复合微球.为提高材料介电损耗,将样品在N₂氛围中不同温度条件下进行了碳化.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对样品的结构和形貌进行了表征,用矢量网络分析仪测试了样品在2~18 GHz范围的复介电常数,并计算其反射损耗.结果表明：碳微球具有较高的微波介电损耗;碳微球与TiO₂复合后,在相同层厚条件下,反射损耗峰向低频迁移;700℃和800℃碳化下的C和C/TiO₂复合材料具有优良的微波吸收性能,其中C-700复合材料最小反射损耗达到-41.2 dB,低于-10 dB的最大吸收带宽达到4.5 GHz,C/Ti-700复合材料的最小反射损耗为-30.0 dB,最大吸收带宽达4.2 GHz.     

卫星微波通信中云雨衰减的预测

本文计算了在频率为1—300GHz(波长为0.1cm—30cm)的微波在大气和云雨中的吸收、散射和衰减的效应。统计和分析了北京地区降雨分布特征,对于地面-卫星通信线路衰减作了预测,为北京地区地面-卫星通信工程设计提供了重要依据。本文提出了新的地面-卫星线路衰减的预报方法,较为准确,可供卫星微波通信工程中使用。     

基于微波链路的雷达回波衰减订正个例分析

降雨对微波的衰减作用在雷达探测和信号通信中有着不可忽略的影响。本文利用近年来出现的微波链路测量新方法,研究了利用微波链路进行天气雷达回波衰减订正的方法。微波链路可以直接获取传播路径上的总衰减,基于此建立衰减订正的约束条件,并利用前向迭代法对天气雷达回波进行逐库订正。首先从现有衰减订正的理论出发,通过确定微波链路衰减参考值、雷达衰减订正算法和衰减系数,建立基于微波链路的天气雷达衰减订正模型;搭建9.47GHz微波链路测量试验系统,对X波段雷达进行衰减订正试验。针对一次个例进行分析,与自动雨量站同步对比观测试验表明:订正后的雷达反射率因子明显高于雷达实测反射率因子;订正后雷达估测的降雨量与自动雨量站的观测差值减小;累积降雨量绝对偏差由-6.11mm减小到1.04mm,相对偏差由0.99%减小到0.17%;订正后估测的降雨强度与雨量计的相关性得以提高。该订正算法主要通过对参数的调整,使得k-Z关系更符合实际,从而提高了探测精度,验证了该方法的可行性与准确性。     

FY-3微波成像仪10.6 GHz通道超分辨率图像重建

为改善风云三号 (FY-3) 微波成像仪10.6 GHz通道空间分辨率,提出利用超分辨率图像重建算法进行图像重建。分析并指出FY-3微波成像仪10.6 GHz通道具有过采样特征,具备重建得到高于瞬时视场图像的潜力;基于超分辨率图像重建理论,根据FY-3气象卫星轨道、姿态,微波成像仪性能参数以及工作模式等物理约束,建立微波成像仪的超分辨率成像模型,并推导计算出超分辨率成像模型参数;采用POCS算法重建得到10.6 GHz通道的超分辨率图像,采用目视比较分析、图像统计分析对重建图像进行质量评价:重建图像像元平均梯度提高26.5%,功率谱分量和提高5.7%,重建图像具有更高的空间分辨率;台风亮温分析应用显示了从重建图像可发现更微小的景物细节目标。采用超分辨率图像重建算法对FY-3微波成像仪10.6 GHz通道进行重建处理,结果有效且正确,可为数据用户提供更多可用的遥感数据,对微波遥感数据应用具有提升作用。     

一套基于FY-3B/MWRI观测的热带气旋微波亮温数据集

利用风云三号B星(FY-3B)微波成像仪(Microwave Radiation Imager,MWRI)一级亮温数据和每6 h一次的热带气旋(tropical cyclone, TC)最佳路径数据进行时空匹配,建立了TC微波亮温数据集。该数据集包含了2011—2016年全球六大海盆生成的热带风暴级别以上的TC共计538个,以及对应每个TC的微波十通道亮温和36.50 GHz、89.00 GHz的极化校正亮温度,并简要阐明了该数据集在热带气旋研究方面的潜在应用,尤其对TC生命周期内的微波亮温特征及TC强度变化研究提供了有力的数据支撑。     

FY-3B/MWHS性能参数在轨实时监测

2010年11月5日发射的风云三号B星 (FY-3B) 是我国第2代极轨气象卫星的第2颗星。其上装载的微波湿度计 (MWHS) 在183 GHz水汽吸收线设计了3个大气探测通道,在大气窗区150 GHz设置了双极化通道。该文主要对FY-3B微波湿度计系统进行介绍,分析其在轨5年的性能,对仪器在轨关键性能参数进行了长时间序列分析,结果表明:仪器各通道灵敏度均优于0.4 K,其中通道1,2,4,5的灵敏度优于0.3 K,定标精度稳定在0.3~0.55 K,未出现恶化现象, 同类型在轨载荷星下点处匹配数据交叉比对,相关系数优于96%。分析表明,该仪器在轨性能和数据质量均优于FY-3A微波湿度计。同时,利用微波湿度计实测数据,着重分析2015年6—7月若干台风的生成、演化、增强和消亡的整个过程,并对台风区域强降雨监测进行分析。     

基于实测雨滴谱数据的微波链路和天气雷达降水估计关系研究

利用南京地区连续两年夏季的实测雨滴谱数据,分析了雨滴谱和降水特征,区分降水类型计算了微波链路衰减系数与雨强的关系(雨衰关系)和雷达反射率因子与雨强(Z-R)的关系,所得关系与ITU-R雨衰模型和常用Z-R关系均有差异,其中对流性降水中的Z-R关系为Z=161.63R1.55,层状云降水中为Z=227.23R1.53.在...     

STUDIES OF THE VERTICAL STRUCTURE MODEL AND THE MICROWAVE ATTENUATION OF CLOUDS AND PRECIPITATION OVER TROPICAL OCEAN AREA

Using radiosonde data and other related observations in the TOGA-COARE IOP(fromNovember 1,1992 to February 28,1993),the microwave attenuation of non-precipitating clouds isinvestigated based on microwave radiative transfer model(MRTM)at the specific frequencies of6.8,10.65,13.9,19.35,22.235,37.0,85.5 and 90.0 GHz.Besides,utilizing the data of theairborne radar and radiometer at 13.8 GHz in the IOP(Intensive Observation Period),verticalstructure models for different types of precipitating clouds are obtained,and also the microwaveattenuation of precipitating cloud is studied.Some statistical characteristics of 13.8 GHzmicrowave path integrated attenuation for stratiform and convective precipitating clouds arepresented.The results given here are valuable for the spaceborne microwave remote sensing ofprecipitation,and the cloud and precipitation attenuation corrections in the spaceborne microwaveremote sensing of earth surface over tropical ocean area.     

STUDIES OF THE VERTICAL STRUCTURE MODEL AND THE MICROWAVE ATTENUATION OF CLOUDS AND PRECIPITATION OVER TROPICAL OCEAN AREA*

Using radiosonde data and other related observations in the TOGA-COARE IOP(from November 1,1992 to February 28,1993),the microwave attenuation of non-precipitating clouds is investigated based on microwave radiative transfer model(MRTM) at the specific frequencies of 6.8,10.65,13.9,19.35,22.235,37.0,85.5 and 90.0 GHz.Besides,utilizing the data of the airborne radar and radiometer at 13.8 GHz in the IOP(Intensive Observation Period),vertical structure models for different types of precipitating clouds are obtained,and also the microwave attenuation of precipitating cloud is studied.Some statistical characteristics of 13.8 GHz microwave path integrated attenuation for stratiform and convective precipitating clouds are presented.The results given here are valuable for the spaceborne microwave remote sensing of precipitation,and the cloud and precipitation attenuation corrections in the spaceborne microwave remote sensing of earth surface over tropical ocean area.     

毫米/亚毫米波探测大气温度和湿度的通道选择

利用热带大气温湿廓线计算了热带地区毫米/亚毫米波段微波大气透过率权重函数。对权重函数峰值高度的分析结果显示:对流层低层的大气温度可以选择118 GHz通道的远翼频率来探测,而对高层大气温度进行探测时,选择425 GHz通道的远翼频率较为合适;在大气湿度探测方面,183 GHz通道组合适合探测对流层中层大气的湿度,高层大气湿度探测应该首先考虑380 GHz通道组合来实现。根据大气温度探测通道和大气湿度探测通道的权重函数分布,鉴于国内现有遥感仪器的制造水平,建议选择118 GHz 3个通道与425 GHz 8个通道共11个大气温度探测通道和183 GHz 3个通道与380 GHz 5个通道共8个大气湿度探测通道作为未来静止轨道微波探测的候选通道。     

TRMM测雨雷达和微波成像仪对两个中尺度特大暴雨降水结构的观测分析研究

文中利用TRMM卫星的测雨雷达和微波成像仪探测结果,研究了1998年7月20日21时(世界时)和1999年6月9日21时发生在武汉地区附近和皖南地区的两个中尺度强降水系统的水平结构和垂直结构,以及TMI微波亮温对降水强弱和分布的响应。研究结果表明:这两个中尺度强降水系统中对流降水所占面积比层云降水面积小,但对流降水具有很强的降水率,它对总降水量的贡献超过了层云降水。降水水平结构表明,两个中尺度强降水系统由多个强雨团或雨带组成,它们均属于对流性降水;降水垂直结构分析表明,强对流降水的雨顶高度可达15km,强对流降水主体中存在垂直方向和水平方向非均匀降水率分布区,层云降水有清晰的亮度带,层云降水的上方存在多层云系结构。降水廓线分布表明:对流降水廓线与层云降水廓线有明显的区别,并且降水廓线清晰地反映了降水微物理过程的垂直分布。整个中尺度强降水系统中对流降水与层云降水的区别还反映在标准化的总降水率随高度的分布。微波信号分析表明:TMI85 GHz极化修正亮温,19.4与37.0,19.4与85.5,37.0与85.5 GHz的垂直极化亮温差均能较好地指示陆面附近的降水分布。     

风云三号 (02) 批卫星微波氧气吸收通道降水特性

我国新一代极轨业务气象卫星风云三号 (02) 批计划2012年发射。该文利用UWNMS模拟2005年Katrina飓风的结果作为基础数据集,借助VDISORT微波辐射传输模式对风云三号 (02) 批计划装载的微波探测仪器中50~60 GHz和新增的118.75 GHz频点的降水特性进行初步研究。首先通过晴空权重函数匹配,选择出50~60 GHz与118.75 GHz频点匹配关系较好的4对通道。敏感性分析表明:各通道对各种水凝物粒子均很敏感,可用于改进现有业务降水反演算法。分别选取50~60 GHz 4个通道、118.75 GHz 4个通道、50~60 GHz及118.75 GHz全部通道3种不同的通道组合进行反演试验。结果表明:将50~60 GHz及118.75 GHz通道联合起来进行降水反演可提高降水反演的精度,并可以更好地区分降水区与非降水区。     

微波成像仪通道对降水云参数响应的数值模拟研究

由于降水云类型和结构等的差异,将导致微波信号出现不同的响应,因此基于星载微波仪器观测结果对降水云参数进行反演仍是目前国际上的难题之一。为了解层云和对流云等两类降水云的TMI微波信号特点,本文以相应的结构模型为基础,利用微波辐射传输模式MWRT分别模拟了不同下垫面和降水云参数条件下的TMI各通道微波亮温,并分析了各种组合通道信号,包括反映发射信息的极化差D(洋面)及反映散射信息的高频极化校正亮温PCT85(洋面)和高低频率垂直极化差VFD(陆面)的变化情况,以此从理论上探讨可能的降水反演方法。研究结果表明:在洋面,D和PCT85均随降水率的升高而减小,其中D_(10)和PCT85都能很好地反映降水率的变化,但分别受地表状况和云体性质(冻结层高度和霰粒大小)的影响较大;D_(19)和D_(37)虽然对下垫面状况和冻结层高度都不甚敏感,但随降水率的增加,存在极化丧失现象,因此不适合反演降水。在陆面,较高频取85 GHz的VFD与降水率有很好的对应关系,随降水率的增长而增大,其中VFD37-85受地表状况影响最小,但受云体性质影响较大;37 GHz对液态水变化敏感,其发射效应易混淆散射信号,故较高频取37 GHz的VFD10-37和VFD19-37不适合研究降水与微波信号之间的关系;层云与对流云存在有无霰粒的差异,会对微波散射性质造成影响,导致PCT85和VED对层云降水率的响应要高于对流云。     

Examination of ‘global atmospheric temperature monitoring with satellite microwave measurements’: 1) theoretical considerations

In recent studies (Spencer and Christy, 1990; and Spenceret al., 1990) it is suggested that observations at 53.74 GHz made by the Microwave Sounding Unit (MSU), flown on NOAA operational weather satellites, can yield a precise estimate of global mean temperature and its change as a function of time. Hansen and Wilson (1993) question their interpretation of temporal changes on the grounds that the microwave observations could be influenced by the opacity of the variable constituents in the atmosphere. This issue has broad interest because of the importance of detection of global climatic change.In order to help resolve this issue, in this study we utilize a radiative transfer model to simulate: (a) the observations of MSU Channel 1 (Ch. 1) at 50.3 GHz, in the weakly absorbing region of the 60 GHz molecular oxygen absorption band; and (b) the observations of MSU Channel 2 (Ch. 2) at 53.74 GHz, in the moderately strong absorption region of the same band. This radiative transfer model includes extinction due to clouds and rain in addition to absorption due to molecular oxygen and water vapor.The model simulations show that, over the oceans, extinction due to rain and clouds in Ch. 1 causes an increase in brightness temperature, while in Ch. 2 it causes a decrease. Over the land, however, both Ch. 1 and Ch. 2 show a decrease in brightness temperature due to rain and cloud extinction. These theoretical results are consistent with simultaneous observations in Ch. 1 and Ch. 2 made by MSU. Based on theory and observations we infer that a substantial number of the MSU observations at 53.74 GHz used by Spenceret al. contain rain and cloud contamination. As a result, their MSU derived global mean temperatures and long term trend is questionable.