發(fā)布時(shí)間：2020-11-02 12:46

　　 星載微波輻射計(jì)在水文、農(nóng)業(yè)和氣象應(yīng)用及地球水、能量循環(huán)研究中發(fā)揮重要作用。當(dāng)前的星載被動(dòng)微波觀測(cè)常用于地球物理參數(shù)的反演過程,如地表參數(shù)陸表溫度、積雪參數(shù)和地表融凍過程等,能彌補(bǔ)地面觀測(cè)時(shí)空分布的不足。這些參數(shù)反演中往往忽略了大氣影響(而僅把雨區(qū)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的劃分),而大氣水汽、云中液態(tài)水和降水等大氣中各種介質(zhì)的存在會(huì)影響穿過其中的被動(dòng)微波信號(hào)。為了分析被動(dòng)微波信號(hào)受大氣的影響并量化大氣效應(yīng)從而改進(jìn)地面參數(shù)反演精度,本文開展了星載被動(dòng)微波受大氣影響分析和大氣校正的研究。利用中國(guó)地區(qū)大氣站點(diǎn)探空觀測(cè)模擬估算了AMSR-E、MWRI/FY3B、SSM/I每日兩次的微波大氣透過率;利用車載微波輻射計(jì)對(duì)空觀測(cè)對(duì)估算的大氣透過率進(jìn)行了驗(yàn)證,利用透過率和MODIS大氣可將水間的回歸關(guān)系計(jì)算了中國(guó)地區(qū)5km分辨率的被動(dòng)微波大氣透過率和大氣下行輻射;利用微波輻射傳輸方程和大氣衰減函數(shù)推導(dǎo)了星載被動(dòng)微波大氣校正的方法,并將其應(yīng)用到積雪參數(shù)遙感反演的大氣校正中。主要進(jìn)行了下述研究:1)利用標(biāo)準(zhǔn)大氣擴(kuò)線數(shù)據(jù)和收集的典型層云、積云擴(kuò)線數(shù)據(jù),結(jié)合一維微波輻射傳輸模型,模擬并分析了典型被動(dòng)微波頻段在晴空和云覆蓋情況下受大氣的影響。通過計(jì)算晴空和云覆蓋條件下的被動(dòng)微波大氣衰減、大氣光學(xué)厚度、大氣透過率和大氣下行輻射等物理量,比較分析了非降雨條件下大氣中不同介質(zhì)對(duì)被動(dòng)微波的影響。發(fā)現(xiàn)大氣水汽和云中液態(tài)水是影響被動(dòng)微波高頻信號(hào)(10.65GHz)的主要因素,尤其是云中液態(tài)水對(duì)星載被動(dòng)微波信號(hào)影響較大。2)收集了中國(guó)地區(qū)121個(gè)站點(diǎn)最近四年間的大氣探空觀測(cè)資料,結(jié)合云檢測(cè)模型和毫米波傳播模型MPM以及米氏散射理論,估算了大氣非降雨情況下中國(guó)地區(qū)每天兩次的典型被動(dòng)微波頻段的大氣透過率,該結(jié)果彌補(bǔ)了以往大氣校正研究中只針對(duì)幾個(gè)站點(diǎn)且較少考慮云中液態(tài)水影響的不足,同時(shí)首次用大氣探空觀測(cè)資料大面積計(jì)算了被動(dòng)微波大氣透過率和大氣下行輻射。3)利用野外地基輻射計(jì)觀測(cè)資料對(duì)估算的微波大氣透過率進(jìn)行了驗(yàn)證,即用車載微波輻射計(jì)觀測(cè)的不同波段不同高度角下的大氣下行輻射對(duì)比相同條件用大氣透過率計(jì)算的大氣下行輻射。同時(shí)將估算的大氣透過率與GlobSnow中大氣55%分位數(shù)模型進(jìn)行了對(duì)比。驗(yàn)證結(jié)果表明估算的大氣透過率可靠,與大氣55%分位數(shù)模相比能更好的表現(xiàn)晝夜和四季大氣透過率的變化情況。4)估算的站點(diǎn)被動(dòng)微波大氣透過率和MODIS的大氣可降水在冬季有很好的相關(guān)性,由此發(fā)展了通用的5km分辨率的微波大氣透過率的估算公式。利用星載和地基微波輻射計(jì)的零階微波輻射傳輸方程和微波大氣衰減理論,推導(dǎo)了星載被動(dòng)微波亮溫觀測(cè)的大氣校正方法。利用大氣校正后的SSM/I通道的微波亮溫和傳統(tǒng)的雪深梯度計(jì)算公式,計(jì)算了被動(dòng)微波積雪雪深,并將計(jì)算結(jié)果和地面站點(diǎn)積雪觀測(cè)雪深進(jìn)行了對(duì)比。計(jì)算了SSM/I傳感器V極化下19GHz和85.5GHz的差,通過與IMS積雪雪蓋產(chǎn)品相比,發(fā)現(xiàn)高頻梯度差(19V-85.5V)能很好的反映積雪的空間分布狀況,這為青藏高原地區(qū)被動(dòng)微波積雪面積反演的精度提高提供了基礎(chǔ)。研究中利用被動(dòng)微波梯度差結(jié)果在和IMS雪蓋相關(guān)性最高時(shí)的值為閾值來確定青藏高原地區(qū)的微波積雪面積,結(jié)果顯示與原始亮溫高頻梯度差相比,大氣校正后的被動(dòng)微波高頻梯度差確定的青藏高原積雪面積的準(zhǔn)確度更高。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P407.7
【部分圖文】：

圖 1. 1 非降雨情況下大氣透過率估算 大氣校正方法工作思路示意圖1.4.2 本文結(jié)構(gòu)本論文總共分為六章：第一章內(nèi)容主要介紹了研究的背景意義 研究方向的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 論文的主要研究?jī)?nèi)容以及論文的總體組織結(jié)構(gòu) 第二章主要介紹了論文中所涉及到的基本概念 衛(wèi)星亮溫大氣校正相關(guān)的基本原理以及大氣參數(shù)反演中所用的各種模型 第三章主要內(nèi)容是利用晴空和云覆蓋情況下的大氣狀態(tài)參數(shù)，結(jié)合一維微波輻射傳輸模型，模擬微波大氣衰減系數(shù) 大氣下行輻射以及大氣透過率，分析星載被動(dòng)微波信號(hào)受大氣的影響 第四章描述了利用地面大氣探空觀測(cè)，云檢測(cè)模型 微波毫米波傳播模型 米氏散射理論和微波輻射傳輸方程，描述被動(dòng)微波大氣透過率的計(jì)算方法和過程，并利用車載微波輻射計(jì)對(duì)空觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證估算的微波大氣透過率的可靠

圖 2. 1 電磁波譜(NASA’S Imagine Universe)圖 2. 2 電磁波譜和波段劃分微波是電磁波的一種形式，是指波長(zhǎng)在 1mm~1m（頻率在 300MHZ~30GHZ）

10圖 2. 2 電磁波譜和波段劃分微波是電磁波的一種形式，是指波長(zhǎng)在 1mm~1m（頻率在 300MHZ~30GHZ）之間的電磁波（F. T. Ulaby，1981） 近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人們也將毫米波和亞毫米波（波長(zhǎng)為 1mm-0.1m，頻率為 30-300GHz）遙感與傳統(tǒng)的微波波段的遙感統(tǒng)稱為微波遙感，或稱之為微波/毫米波遙感 分米波 厘米波和毫波統(tǒng)稱為微波，常用的微波波長(zhǎng)范圍為 0.8～30 厘米 在表 2.1 中給出出了微波毫米波常用的各個(gè)波段的名稱 頻率和波長(zhǎng)范圍 表 2.2 列出了我國(guó)對(duì)于微波頻率的劃分方法以及主要用途
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2867068