利用地基多通道微波辐射计遥感反演华北持续性大雾天气温、湿度廓线的检验研究

地基多通道微波辐射计可提供高时间分辨率的大气温、湿度和液态水含量廓线遥感探测数据,为大气层结及云雾形成和演变特征研究提供了重要手段,但对其观测数据的可靠性检验研究很少。本研究在对比晴空MonoRTM模拟亮温和微波辐射计观测亮温的基础上,利用华北地区2009—2013年11个雾天气过程的170个时次(其中30个为雾发生时次)的探空数据,检验了美国Radiometrics 35通道MP-3000A型微波辐射计(Microwave Radiometer Profiles,MWRP)探测的温度、水汽密度和相对湿度数据,并结合系留气艇和CloudSat云雷达等观测资料,检验了典型雾个例的MWRP反演的温、湿度廓线数据。与探空数据的比较表明,两者的温度(T)数据的相关系数超过0.98,水汽密度(ρ)的相关系数超过0.95,但相对湿度(RH)的相关系数只有0.67左右。总样本误差分析中MWRP反演的T比探空偏低约3℃,ρ的均方根误差(E)在1 g/m~3以内,RH在1—7 km高度偏大,总样本RH垂直平均E在18%左右,雾天时的RH垂直平均E在23%左右。与系留气艇观测数据比较表明,MWRP反演的T也偏低,但两种探测方式的T和RH在指示雾的发展演变过程中具有很好的一致性。CloudSat云雷达数据验证了MWRP反演显示中高层出现高RH区与云的存在有关。     

海洋涡旋遥感：进展与挑战

海洋涡旋数量大、分布广、含能高、裹挟强,是研究物质循环、能量级联和圈层耦合的理想载体。对涡旋的全生命周期追踪观测成为21世纪以来海洋遥感领域最重要的进展之一,并引发了新一轮涡旋研究的热潮。本文从涡旋的温度异常、物质示踪、旋转流场和闭合拓扑等特征出发,简述了红外辐射计、可见光扫描仪、微波高度计、合成孔径雷达等遥感技术在涡旋观测中的机理和方法,重点阐述了卫星高度计涡旋识别与追踪算法及其在涡旋形态学、运动学和动力学中的应用。基于虚拟星座下的多参数遥感,介绍了涡旋在海洋、大气、生态等交叉学科领域的前沿应用和最新进展。指出当前涡旋遥感发展面临的亚中尺度、垂直结构、跨学科研究等3大挑战,展望了新一代遥感技术在未来海洋科学特别是涡旋海洋学研究中的应用前景。     

Review on physical models of lunar brightness temperature

Brightness temperature is a main index to reflect the energy of microwave radiation of an object. Using lunar brightness temperature data, physical properties of lunar regolith, such as thickness, heat flow and dielectric permittivity, could be interpreted. There are two methods to study brightness temperature distribution of the moon: the first is used to measure lunar brightness temperature by radio observation or spaceborne microwave radiometers, and the second is used to simulate calculation by the physical model. On the basis of the measurements of lunar brightness temperature in the history, this study analyzed the main physical model of lunar brightness temperature, also including its theory and influence factors. The authors concluded that surface and subsurface temperatures of the moon, dielectric properties and layered structure of lunar regolith were the main factors affecting the global brightness temperature of the moon. These factors should be quantified in detail in the future research.     

HY-2B扫描微波辐射计海温产品在典型区域的精度验证和分析

“海洋二号B”卫星（HY-2B）于2018年10月25日发射,是我国第二颗海洋动力环境探测卫星,其上搭载有包括扫描微波辐射计（SMR）在内的多个载荷,海表面温度（SST）是SMR的主要产品之一。本文分别利用NOAA提供的iQuam实测海温数据、CORIOLIS卫星WINDSAT反演的海温遥感产品、NCEP模式海温数据,在两个典型区域,对2020年1月1日至2020年12月31日期间的HY-2B/SMR海温产品进行了验证,其中HY-2B/SMR与iQuam实测海温的Bias为0.004℃,RMSE为0.65℃左右,CORR高于0.95。通过进一步分析,由区域A的分析结果揭示出HY-2B/SMR海温产品精度随纬度变化的规律及其原因,同时,由区域B的分析结果揭示出陆地、岛礁以及RFI对海温总体反演精度的影响约为0.1℃。     

中国沿海HY-2A 校正微波辐射计水汽含量数据精度检验方法

为评价“海洋二号”卫星（HaiYang-2A, HY-2A）校正微波辐射计（Calibration Microwave Radiometer, CMR）近海水汽产品精度,以中国沿海全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）业务观测站数据和欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)发布的第五代大气再分析资料（ECMWF Reanalysis 5, ERA5）作为验证数据。首先对选取的GNSS业务观测站数据和CMR水汽含量数据进行时空匹配,两者的观测时间一致、空间范围取为100 km;然后利用精密单点定位方法反演GNSS业务观测站上空的大气可降水量（Precipitable Water Vapor, PWV）,同时对1 h分辨率的ERA5再分析资料内插计算,得到CMR水汽数据点处的ERA5 PWV;最后以GNSS PWV和ERA5 PWV为参考,分析2015年CMR水汽产品精度和偏差时空分布。结果表明,CMR水汽含量和GNSS PWV、ERA5 PWV之间的相关系数r均高于0.96,平均均方根误差分别为3.17 mm和1.58 mm,具有较高的精度;CMR水汽含量相对于GNSS PWV和ERA5 PWV的偏差不随季节变化而变化,但CMR水汽含量数据精度随纬度的增加而有所提高。     

HY-2B卫星微波辐射计地理定位与偏差修正

文章介绍了 HY-2B 卫星微波辐射计的工作原理、卫星星历获取、天线波束指向计算和一系列坐标系转换的方法。针对微波辐射计的圆锥扫描工作方式,给出了一种适用的地理定位算法并进行定位计算,通过相关参数修正,实现了对地理定位偏差的修正。将修正后的全球高中低纬度典型地域的定位结果与高精度地理底图叠加,显示两者匹配良好,该算法具有一定的实际应用价值。     

利用HY-2微波辐射计数据反演北极区域海冰密集度方法研究

HY-2是中国自主研发的海洋卫星。 本文研究了利用HY-2卫星扫描微波辐射计亮温数据反演北极海冰密集度的方法。参考NASA TEAM方法,我们对典型海区光谱梯度率和极化梯度率进行了统计分析,确定了计算海冰密集度所需的亮温特征值;利用天气滤波器有效去除了开阔海域由于大气中水蒸气、云中液态水、降雨等现象引起的海冰密集度计算错误。本文计算了2012年全年的北极海冰密集度产品并对产品精度进行了初步验证,验证结果表明：三个海冰类型已知区域的海冰密集度结果与理想值比较接近,多年冰密集度的反演精度需要进一步提高;本文结果与美国冰雪数据中心和德国不来梅大学提供的两种业务化海冰密集度产品一致。本研究为利用HY-2卫星监测极区海冰密集度变化,发布实时产品奠定了基础。     

探测大气温湿廓线的35通道微波辐射计设计原理与特点

总结了自主研制的MWP967KV型地基35通道微波辐射计系统设计原理和主要特点。系统将K、V双频段宽带天线及接收机、宽带调谐本振、温湿压计以及电源模块紧凑集成为一台整机设备。对各传感器的测量输出实时进行一体化综合处理,采用BP神经网络实时反演大气温度、湿度廓线和汽、水总量。廓线的垂直覆盖范围为地表至顶空10km,共划分为58层。辐射计样机于2012年秋冬季节在北京地区开展了为期2个月的观测试验,利用这段时期内的69个探空资料样本对辐射计2个层次的实时观测输出都进行了对比检验,计算了水汽、氧气通道亮温和反演所得大气温湿廓线的平均偏差、均方差以及相关性。结果表明该系统能够满足实时气象监测的需求,达到国际先进水平。     

Aerosol Type Identification Using PARASOL Multichannel Polarized Data

PARASOL （Polarization ＆ Anisotropy of Reflectances for Atmospheric Sciences coupled with Ob- servations from a Lidar） multi-channel and mul- ti-directional polarized data for different aerosol types were compared. The PARASOL polarized radiance data at 490 nm, 670 nm, and 865 nm increased with aerosol optical thickness （AOT） for fine-mode aerosols; however, the polarized radiances at 490 nm and 670 nm decreased as AOT increased for coarse dust aerosols. Thus, the vari- ation of the polarized radiance with AOT can be used to identify fine or coarse particle-dominated aerosols. Polar- ized radiances at three wavelengths for fine- and coarse-mode aerosols were analyzed and fitted by linear regression. The slope of the line for 670 nm and 490 nm wavelength pairs is less than 0.35 for dust aerosols. However, the value for fine-mode aerosols is greater than 0.60. The Support Vector Machine method （SVM） based on 12 vector features was used to discriminate clear sky, coarse dust aerosols, fine-mode aerosols, and cloud. Two cases were given and validated by AErosol RObotic NETwork （AERONET） measurements, MODIS （Mod- erate Resolution Imaging Spectroradiometer） FMF （Fine Mode Fraction at 550 nm） images, PARASOL RGB （Red Green Blue） images, and CALIOP （Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization） VFM （Vertical Feature Mask） data.     

基于气象资料变化特征和辐射传输模式的微波辐射计工作状态分析

提出利用晴天每天早晨08时的观测资料,以大气温度季节变化统计特征为依据,来判断微波辐射计观测期间的工作状态。简要介绍了大气微波辐射传输方程,以南京冬春季节大气温度变化的统计特征为依据,以2010年11月27日—2011年5月29日期间南京某辐射计08时晴天的实验观测资料为例,通过对其12个通道的亮温观测值和计算值进行统计对比和物理分析,给出该辐射计实验观测期间的工作状态判断,认为用于湿度遥感的22.235、23.035、23.835、26.235和30.000GHz五个通道观测期间工作状态良好、稳定,而用于温度遥感的51.25、52.28、53.85、54.94、56.66、57.29和58.80 GHz七个通道性能一直衰退。本文提出的方法可供微波辐射计工作状态监测和观测资料质量控制参考。