基于地基微波辐射计的大气参数廓线遥感探测

介绍了实时连续遥感探测大气温度廓线、湿度廓线和液态水含量廓线的地基微波辐射计。通过无线电气球探空测量的温度、湿度廓线、太阳辐射计测量的晴天水汽总量与微波辐射计探测结果的对比,证明该微波辐射计可以可靠地探测大气温度、湿度和水汽总量。通过对两个典型天气事件微波辐射计的观测数据分析表明：微波辐射计还可以监测云和天气变化的过程信息。     

K波段微波辐射计通道优化和定标研究

利用K波段20~30 GHz探测大气水汽廓线,深入分析地基微波辐射计的关键技术与性能指标,确定通道频率和个数的优化组合,并对所选通道利用非线性定标方程外定标,确定地基微波辐射不同通道的定标曲线和系统注入噪声,分析各通道定标误差。进而,采用奇偶周期方式的大气定标法进行参数校正。试验证明:以全球定位系统(GPS)无线电探空进行性能为标准,定标后的数据反演均方差为0.52 g/m³,相关系数为0.965.     

新型多通道微波辐射计及大气观测分析

MWP967KV型微波辐射计是国内第一台自主研发的地基多通道微波辐射计,能够接收和精确测量5毫米和13毫米波段大气辐射强度,可以实时反演出从地面到垂直10km上空高分辨率的大气温湿廓线,而且能探测路径气柱上的水汽和液态水积分总量。本文介绍了MWP967KV型微波辐射计的主要功能、工作原理,并与进口辐射计在不同天气条件下的输出数据进行了对比,结果表明该设备具有优良的工作性能。     

双通道微波辐射计反演大气剖面的改进算法

利用地基双通道微波辐射计(23.8和31.65GHz)所测量的大气辐射亮温以及地面的大气温度,湿度和压强测量值,给出了一种反演大气温度和水汽密度剖面的非线性回归算法,并利用郑州地区的历史探空资料进行仿真验证,结果表明非线性回归算法较线性回归算法具有更好的大气剖面反演精度.     

利用超光谱红外卫星数据反演大气廓线研究

建立新的物理反演法能同时反演大气温度廓线、水汽廓线、表层温度和地表发射率,该反演算法应用到我国黄海地区AIRS红外卫星资料中,可反演得到较高垂直分辨率的大气温度廓线和水汽廓+线,同时反演得到的表层温度和地表发射率、根据水汽廓线计算大气可降水量。     

地基微波辐射计和太阳光度计反演大气水汽总量的对比研究

水汽是地球大气的重要成分,对大气中传输的红外辐射造成严重的衰减,影响光电设备的探测性能。利用改进的Langley法对太阳光度计940nm探测通道进行定标,根据水汽吸收透过率与水汽总量的关系,应用太阳辐射计的观测资料反演出合肥和新疆两地的大气水汽总量,并与同时期地基微波辐射计在以上两地区的探测值相比较。结果表明：地基微波辐射计观测的水汽总量日变化趋势和太阳光度计具有较好的一致性,二者观测的日均水汽总量变化趋势非常吻合,相对偏差小于5.1%。     

微波辐射计反演大气折射率剖面技术研究

温度变化引起的干空气和水汽对23.8GHz和31.65GHz双通道微波辐射计的观测亮温变化的贡献表明,干空气对观测亮温的变化可以忽略。在此基础上,提出了将折射率的干项和湿项分别反演的方法,并且将径向基神经网络(RBF网络)方法应用于折射率剖面反演中。基于青岛历史探空数据和实验数据,对线性回归、非线性回归和Hopfield模型反演折射率干项剖面的精度进行了比较,并对利用线性回归、非线性回归、BP网络和RBF网络方法反演折射率湿项剖面的精度进行分析,结果表明:反演折射率干项和湿项剖面分别采用线性回归方法和RBF网络方法可提高反演精度。     

大气温度和湿度廓线的CT遥感方法仿真研究

本文讨论了ＣＴ技术在廓线反演中的应用，７个适合本研究特点的红外光谱通道被确定，对温度和湿度廓线截面作了数值仿真，并与常规的正对地观测反常一作了比较，结果表明ＣＴ方法可以提高温度反演精度达２０％以上，而湿度的反演则表现出对先验信息的较强依赖性。     

基于星载红外高光谱观测用机器学习算法反演大气温湿廓线

星载红外高光谱垂直探测仪GIIRS （Geostationary Interferometric Infrared Sounder）能够实现大气温度和湿度参数高垂直分辨率的观测,为数值天气预报提供精度更高的初始场。基于GIIRS观测辐射值采用BP神经网络（Back Propagation Neural Network）法和深度学习的卷积神经网络（Convolutional Neural Networks, CNN）法反演大气温度、湿度垂直廓线,重点在于CNN法模型的构建与参数的优化,得到反演精度最高的网络模型配置。将训练样本根据不同地表类型和是否有云的影响分为三种方案（方案一:不分类、方案二:陆地/洋面分类、方案三:晴空/有云分类）,分别进行建模、反演和检验。结果表明两种反演算法都有较好的反演精度,相对而言CNN法在所有高度层上反演偏差、均方根误差和平均相对误差均较小,反演精度更高。CNN法温度反演在高层10~200 hPa改进较大,三种分类方案改进的最大值分别为1.15 K、1.06 K和1.02 K;湿度反演在对流层低层500~1000 hPa改进较大,三种分类方案分别平均改进了0.43 g/kg、0.41 g/kg和0.34 g/kg。BP神经网络法方案三时（即分晴空和云时）温度和水汽混合比廓线反演精度最好;CNN算法方案一时（即不对样本数据进行任何分类）反演精度最高。     

基于多模型神经网络的湿度廓线反演研究

为提升微波辐射计对大气廓线探测的精度,利用ARM大气观测站提供的地基微波辐射计、毫米波测云雷达以及探空数据,构建了两种添加不同云信息的反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)模型(添加入云和出云高度的C-BPNN模型与添加雷达反射率因子的Z-BPNN模型)与一种未添加云信息的BPNN模型(记为BPNN₀),并对反演结果进行了对比,结果表明：C-BPNN模型和Z-BPNN模型在任何天气下(有云或无云),得到的反演误差都小于BPNN₀模型;C-BPNN相较于另外两种模型反演结果具有更高的稳定性。对3种模型各自反演结果最好的个例分析发现,C-BPNN与Z-BPNN模型主要的误差存在于高空无云但是相对湿度却出现跃变的情况,说明神经网络模型对初始权值与阈值较为敏感,因此通过遗传算法(genetic algorithms, GA)对BPNN模型进行优化。经GA优化后的反演结果表明：BPNN₀模型与C-BPNN模型具有明显优化效果,而Z-BPNN模型优化效果则不明显。     

用微波辐射计测量大气湿延迟和频率选择

采用具有最佳频率组合的双通道微波辐射计测量大气湿延迟,由于是在测量路径上实时获得测量信息的,测 量结果可反映大气时变特性和水平不均匀性,同时可消除云中液态水对湿延迟的“过量”估计。因此,用于电波折射误 差修正和解算大气积分水汽(或可降水量PWV )可有很高的精度。由历史气象探空数据分析,得出权函数随高度变化小 的频率对在不同气候区或地区不同,工作在最佳频率对时,在5km 以下高度权函数相对变化可小于5%。     

周期两点定标微波辐射计原理研究

根据热辐射理论,任何温度处于绝对零度以上的物体都存在热辐射。通常用亮度温度来表征物体的辐射强度,其取决于物体本身的几何特性与介电特性。微波辐射计是用于测量物体微波辐射能量的被动遥感仪器,在军事、环境科学上都有重要的作用。阐述了微波辐射计的定标原理,介绍了周期两点定标方法,并简要描述了某毫米波成像辐射计的结构组成和工作原理。     

一维综合孔径微波辐射计海温反演精度研究

星载一维综合孔径微波辐射计(1D-ASMR)利用天线阵代替传统辐射计的大天线,具有高空间分辨率和多入射角观测特点,是未来海温遥感的重要载荷.为评估1D-ASMR亮温测量误差EMb对海温反演精度的影响以及为卫星系统的设计提供依据,文中构建了1D-ASMR亮温仿真模型,采用多元线性回归算法(Multiple Linear ...     

被动微波遥感技术的新发展——综合孔径微波辐射计和全极化参量微波辐射计

介绍了被动微波遥感的两个新的技术-综合孔径微波辐射计和全极化参量微波辐射计.综合孔径微波辐射计采用干涉测量技术,用小天线的干涉基线组合合成大孔径天线的思想,提高被动微波遥感的空间分辨率,并实现视场范围的数字成像;全极化参量微波辐射计是一种新的微波遥感参数的探测技术,它测量目标微波辐射的全部4个Stokes极化参量,对于表面粗糙度各向异性特性的探测和目标的分类与识别具有很好的前景.     

高灵敏度、高稳定度微波辐射计技术研究与实验验证

使用星载综合孔径辐射计进行海洋盐度探测是微波遥感领域的一个研究热点。为了达到海洋盐度探测所需准确度指标,综合孔径辐射计的辐射计单元需要同时具有非常高的灵敏度及定标稳定度。该文研究了一种兼顾高灵敏度和高稳定度的辐射计技术,通过实时定标的方法保证稳定度指标,通过定标数据平均的方法提高灵敏度指标。首次通过频域分析得到最优定标数据平均时间。完成了长时间稳定度实验,实验结果表明：该辐射计稳定度在3天(3 d)内优于0.12 K,灵敏度优于0.1 K,达到了海洋盐度探测综合孔径辐射计对辐射计单元的需求。     

星载微波成像辐射计定标方法比较和研究

微波成像辐射计用于大气微波遥感、海洋微波遥感和陆地微波遥感;是气象、海洋和灾害监测的重要遥感手段之一。微波 成像辐射计在轨运行时能否获取有价值的探测资料,得到定量化的应用和真正的业务使用,主要取决于微波成像仪能否进行精确定 标。本文主要介绍了星载微波成像辐射计目前国际上通常采用的两种定标方法,馈源口面定标方法和天线口面定标方法,并对这两 种方法进行了比较和研究。