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。     

外定标中海面参数对发射率影响研究

星载微波辐射计外定标的关键问题是通过辐射传输方程计算天线入瞳处亮温。根据辐射传输方程,海面成份对亮温的影响包括海面的微波辐射和对下行大气辐射的反射,其中的关键参数分别为海面发射率ep和海表面反射率R。文中对平静海面Fresnel反射率模式和粗糙海面反射率模式进行了研究分析,在此基础上着重研究了海面温度TS、海面盐度SS、海面风速W、以及观测角度θ等物理参数对海面发射率ep的影响,进而分析了这些物理参数的测量误差对亮温的计算精度的影响。     

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。     

基于南太平洋的AMSR2L1R亮温数据质量评估

本文基于环境场较为稳定的南太平洋目标海区,以海洋大气微波辐射传输模型(Radiative Transfer Model,RTM)模拟亮温作为参考值,对2015年1月1日—2017年12月31日的高级扫描微波辐射计(Advanced Microwave Scanning Radiometer 2,AMSR2) L1R亮温数据产品进行了质量评估。结果表明AMSR2 L1R所有通道亮温数据总偏差和标准偏差的变化范围分别为1.466～6.352 K、0.270～1.693 K,其中标准偏差在水平极化通道较大的同时随着频率的增大而增大。相比同类遥感器如全球降水测量微波成像仪(Global Precipitation Measurement Microwave Imager,GMI)等的质量分析结果,AMSR2亮温数据的标准偏差较小,这表明AMSR2亮温数据精度较高。对AMSR2 L1R亮温数据3年长时间序列的变化趋势分析表明所有通道亮温偏差均在±0.5 K范围内波动但是存在微弱的季节性变化,标准偏差随时间的变化较小,这表明AMSR2 L1R亮温数据质量较为稳定。     

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。     

SMAP卫星的RBF神经网络海表盐度遥感反演

针对传统海表盐度遥感反演精度不高、影响因素较少等问题,本文基于SMAP(Soil Moisture Active Passive)卫星L2C(Level 2 C)数据、Argo(Array for Real-time Geostrophic Oceanography)数据和其他辅助数据,以太平洋部分海域（160°E～120°W,0°～30°N）为研究区域,综合考虑海面粗糙度以及白冠覆盖率等参量,利用径向基神经网络建立RBF亮温增量模型,并对平静海面亮温进行修正,然后基于Meissner-Wentz介电常数模型得到反演后的盐度值。验证结果表明：模型预测盐度和SMAP卫星盐度相对于Argo实测盐度的均方根误差分别为0.4和0.5,平均绝对误差分别为0.3和0.4。实验证明,利用RBF神经网络建立的亮温增量模型可以提高海表盐度反演的精度,对海表盐度反演具有实用意义。     

137°经向断面温、盐度的年际变异

系统地分析了１３７°Ｅ断面温、盐度的多年变化,主要结果为：（１）１３７°Ｅ断面１００ｍ层温度,在低纬度海域于某些年份出现异常低温,此现象可能与厄尔尼诺事件有关;指出棉兰老冷涡的存在是造成该断面于６°～８°Ｎ附近出现低温的主要原因．（２）厄尔尼诺期间,冬季１３７°Ｅ断面上２８℃等温线所在纬度小于其多年平均值．（３）冬季１３７°Ｅ断面上次表层高盐水可划分为强型、次强型、中等型和弱型４种类型．     

西风爆发事件对暖池厄尔尼诺和冷舌厄尔尼诺的作用——一个概念模型得到的结果

本文通过1个概念模型讨论了西风爆发事件对暖池厄尔尼诺与冷舌厄尔尼诺两种事件的作用,并讨论了它们对应的物理机制。结果表明,由西风爆发所诱导的纬向平流异常和海洋波动对厄尔尼诺的多样性有着至关重要的作用。由于模型包含了最基本的海-洋与大气物理变量及其相互作用机制,本结果可为解释西风爆发事件对厄尔尼诺多样性影响研究提供最基本的框架。     

北极星载微波辐射计海表温度遥感观测能力分析

本文利用2016年的AMSR2、GMI、WindSat和HY-2A RM等星载微波辐射计海表温度（SST）数据,分析了北极卫星遥感SST数据的时空覆盖和产品精度情况。结果表明:北极星载微波辐射计SST冬季覆盖率和有效覆盖天数要低于夏季,GMI的SST有效覆盖率较低,AMSR2较高,联合使用AMSR2、GMI、WindSat和HY-2A RM星载微波辐射计SST数据,2月份覆盖率在12%~15%之间,有效观测天数优于26 d,8月份覆盖率全月高于26%,有效观测天数优于29 d。北极地区星载微波辐射计SST数据的误差均要大于全球平均水平,AMSR2数据精度较好,WindSat与AMSR2的精度相当,GMI的均方根误差约是AMSR2的2倍,HY-2A RM数据精度低于其他星载微波辐射计水平。     

1984──1989年165°E断面海水温盐结构的距平变化

使用1984—1989年期间中美海-气相互作用合作研究及法国ORSTOM完成的沿165°E断面共17个航次调查中的温、盐资料,对1986—1987厄尔尼诺（E1Nino）及1984-1985,1988年反厄尔尼诺（LaNina）事件期间海洋上层温、盐结构的变化作了分析。文章指出,165°E断面温、盐结构的变化具有明显的厄尔尼诺-南方涛动变化周期之特征;研究期间E1Nino与LaNina温、盐结构的差别主要表现在盐度分布及次表层温度结构的不同;165°E断面上的温、盐结构在E1Nino及LaNina期间的变化是各种海-气相互作用结果的反映,其中赤道带纬向风及赤道表层流系的变化是该海区温、盐结构变化的主要原因。     

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。     

Sea surface temperature retrieval based on simulated microwave polarimetric measurements of a one-dimensional synthetic aperture microwave radiometer

Compared with traditional real aperture microwave radiometers, one-dimensional synthetic aperture microwave radiometers have higher spatial resolution. In this paper, we proposed to retrieve sea surface temperature using a one-dimensional synthetic aperture microwave radiometer that operates at frequencies of 6.9 GHz, 10.65 GHz,18.7 GHz and 23.8 GHz at multiple incidence angles. We used the ERA5 reanalysis data provided by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts and a radiation transmission forward model to calculate the model brightness temperature. The brightness temperature measured by the spaceborne one-dimensional synthetic aperture microwave radiometer was simulated by adding Gaussian noise to the model brightness temperature.Then, a backpropagation(BP) neural network algorithm, a random forest(RF) algorithm and two multiple linear regression algorithms(RE1 and RE2) were developed to retrieve sea surface temperature from the measured brightness temperature within the incidence angle range of 0°–65°. The results show that the retrieval errors of the four algorithms increase with the increasing Gaussian noise. The BP achieves the lowest retrieval errors at all incidence angles. The retrieval error of the RE1 and RE2 decrease first and then increase with the incidence angle and the retrieval error of the RF is contrary to that of RE1 and RE2.     

基于一维综合孔径微波辐射计的海面温度反演研究

Due to the low spatial resolution of sea surface temperature(T_S) retrieval by real aperture microwave radiometers,in this study, an iterative retrieval method that minimizes the differences between brightness temperature(T_B)measured and modeled was used to retrieve sea surface temperature with a one-dimensional synthetic aperture microwave radiometer, temporarily named 1 D-SAMR. Regarding the configuration of the radiometer, an angular resolution of 0.43° was reached by theoretical calculation. Experiments on sea surface temperature retrieval were carried out with ideal parameters; the results show that the main factors affecting the retrieval accuracy of sea surface temperature are the accuracy of radiometer calibration and the precision of auxiliary geophysical parameters. In the case of no auxiliary parameter errors, the greatest error in retrieved sea surface temperature is obtained at low T_S scene(i.e., 0.710 6 K for the incidence angle of 35° under the radiometer calibration accuracy of0.5 K). While errors on auxiliary parameters are assumed to follow a Gaussian distribution, the greatest error on retrieved sea surface temperature was 1.330 5 K at an incidence angle of 65° in poorly known sea surface wind speed(W)(the error on W of 1.0 m/s) over high W scene, for the radiometer calibration accuracy of 0.5 K.     

基于一维综合孔径微波辐射计的大气海洋环境参数敏感性分析

相比于实孔径微波辐射计,一维综合孔径微波辐射计具有高空间分辨率和多入射角观测特点.本文提出采用观测频率为6.9,10.65,18.7,23.8和36.5 GHz,且入射角范围为0°～65°的一维综合孔径微波辐射计遥感大气海洋环境要素.基于构建的微波大气海洋辐射传输正演模型,分析了辐射计亮温对大气海洋环境要素的敏感性,为...     

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。     

Radiometric observations of sea temperature at 2.65 GHZ over the chesapeake bay

The present work describes the various corrections necessary in order to deduce ocean surface temperature fromS-band microwave radiometer measurements and applies these results to a series of data obtained with a high absolute accuracy radiometer. Measurements made with a 2.65 GHz radiometer from an aircraft flown over the Chesapeake Bay area are presented and compared in detail with accurately obtained sea truth data. For the calm sea, it was found that the observed brightness temperature agreed well with that calculated from the known sea surface and atmospheric properties over a fairly wide range of surface salinity values (0.2 per mille to 25 per mille). For cases where the surface wind speeds are of the order of 7 to 15 knots, an excess brightness temperature was observed which is attributable to surface roughness and microscale surface disturbances. The excess brightness temperature dependence on wind speed was found to correlate to a certain extent with the rms wave slope dependence on wind speed.     

The Seasat scanning multichannel microwave radiometer (SMMR): Radiometric calibration algorithm development and performance

Radiometric calibration algorithms for processing Seasat scanning multichannel microwave radiometer (SMMR) flight data are presented. An equation is derived which accounts for losses and reradiation in the microwave components and nonlinearities in the radiometer. The application of pre-launch calibration data to this derivation is described. A performance evaluation of the post-launch operation of the algorithm is presented, indicating temperature resolution of 0.63 K at 6.6 GHz and 1.39 K at 37 GHz.     

HY-2卫星扫描微波辐射计数据反演北极海冰漂移速度

本文基于最大互相关法,利用海洋二号（HY-2）卫星扫描微波辐射计37 GHz通道多时相垂直极化亮温数据,获取了北极海冰漂移速度。采用2012年和2013年国际北极浮标计划海冰现场观测数据,对利用微波辐射计亮温资料反演的冬季北极海冰漂移速度进行了定量验证,结果表明:流速和流向均方根误差分别为1.12 cm/s和16.37°,从一定程度上说明了HY-2卫星扫描微波辐射计亮温数据反演海冰漂移速度的可行性。此外,使用美国国防气象卫星F-17搭载的专用微波成像仪91 GHz通道垂直极化亮温,采用高斯拉普拉斯滤波方法进行处理,结合最大互相关法反演的海冰漂移速度,优于法国海洋开发研究院海冰漂移速度产品。     

大气对微波散射计回波信号衰减的修正方法研究

为了使微波散射计测得的海面后向散射具有足够的精度，必须考虑大气对微波衰减的影响。大气对微波的衰减可以用微波射计来测定。本文将估算晴空、云和降雨天气下的衰减系，讨论计算海面发射率及用微波辐射计剩余亮温估算散射计工作频率下大气衰减的方法。