[發明專利]一種地表氣壓的被動微波遙感探測方法

有效

• 申請號: 201810307372.7
• 申請日: 2018-04-08
• 公開（公告）號: CN108827878B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 董曉龍;張子瑾
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01L9/00
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;李彪

1.一種地表氣壓的被動微波遙感探測方法，所述方法包括：

步驟1)確定探測頻率，通過被動微波探測器獲取所述探測頻率的輻射亮溫觀測值；

在步驟1)中所述確定探測頻率具體包括：

步驟a)主探測頻段為：地表氣壓敏感頻段位于氧氣吸收帶；

步驟b)附加探測頻段為：溫度廓線探測頻段、濕度廓線探測頻段和表面溫濕度探測頻段；

步驟c)通過敏感度和相關度分析，在步驟a)和步驟b)選定的敏感探測頻段中，選擇出最佳的探測頻率組合作為探測頻率；

步驟2)根據地表氣壓與均勻混合氣體氣柱總量的關系建立反演算法，基于步驟1)的輻射亮溫觀測值反演得到地表氣壓值；

所述步驟2)具體包括：

步驟201)建立前向輻射傳輸模型：對輻射亮溫觀測值進行掃描偏差訂正和氣團偏差訂正，減少輻射亮溫觀測值和模擬值的偏差；

步驟202)調整大氣參數，并利用前向模型計算對應的輻射亮溫觀測值，尋找在給定時間段內實際觀測的大氣參數解，該大氣參數解中包含了地表氣壓、溫度廓線、濕度廓線和表面溫濕度

步驟3)當將地表氣壓用于熱帶氣旋分析，判斷反演生成的地表氣壓場中是否有異常低壓區域，并形成了閉合氣壓曲線，如果有則標定該區域范圍，并根據最低氣壓值確定熱帶氣旋中心位置；

步驟4)根據反演得到的二維氣壓場，結合輻射亮溫觀測值中包含的溫度廓線信息，通過靜力平衡近似，得到三維氣壓場分布，即

其中，P表示在高度z處大氣的壓強，P_S指的是地表氣壓，M表示氣體分子量，R表示氣體摩爾常量，T表示大氣溫度，z表示距離地面的垂直高度，g是指重力加速度。

2.根據權利要求1所述的地表氣壓的被動微波遙感探測方法，其特征在于，所述步驟1)的被動微波探測器為星載微波探測器或機動微波探測器。

3.根據權利要求2所述的地表氣壓的被動微波遙感探測方法，其特征在于，所述步驟1)的通過被動微波探測器獲取所需探測頻率的輻射亮溫觀測值具體包括：

步驟1-1)通過系統定標和天線方向圖，將被動探測器接收到的電信號轉換成大氣輻射的亮度溫度；

對于無散射平面平行大氣，位于大氣層頂的被動微波探測器觀測到的輻射亮溫T_B表示為：

T_B＝T_UP(f,θ)+T_SKY(f,θ)Γγ(0,∞)+T_SEγ (0,∞)

其中，T_UP(f,θ)為大氣上行輻射，T_SKY(f,θ)為大氣下行輻射，Γ為表面反射率，γ(0,∞)為大氣單程透過率；θ為天頂入射角；

步驟1-2)通過空間平均使所有通道輻射亮溫觀測值的空間分辨率一致。

4.根據權利要求3所述的基于被動微波遙感探測的地表氣壓反演方法，其特征在于，如果探測區域為陸地，所述步驟1-2)之后還包括：

步驟1-3)根據表面粗糙度信息，得到表面后向散射系數信息；然后根據輻射亮溫方程，將獲取的輻射亮溫值訂正為后向散射系數一致時的輻射亮溫值。

5.根據權利要求3所述的地表氣壓的被動微波遙感探測方法，其特征在于，如果利用交軌掃描的星載被動微波探測器進行探測，所述步驟1-2)之后還包括：

步驟1-4)根據輻射傳輸方程，將不同天頂角的輻射亮溫觀測值訂正為天頂角為0^°時的輻射亮溫觀測值。

6.根據權利要求2所述的地表氣壓的被動微波遙感探測方法，其特征在于，如果使用星載被動微波探測器進行地表氣壓探測，則在微波波段，所述步驟1-1)的大氣單程透過率γ(0,∞)具有如下形式：

γ(0,∞)＝exp(-α_oO-A_L-A_V)secθ

其中，A_L、A_V分別為氧氣、液水、水汽的垂直積分吸收量，α₀為氧氣的質量吸收系數，θ為天頂入射角，O為氧氣的垂直柱質量；M_o為氧氣在大氣中的混合比，P₀為地表氣壓；γ(0,∞)進一步表示為：

如果使用機載被動微波探測器進行地表氣壓探側，在微波波段，所述步驟1-1)的大氣單程透過率γ(0,∞)具有如下形式：

其中，α₀為氧氣的質量吸收系數，M_o為氧氣在大氣中的混合比，p(s)為距離地表高度為s處的氣壓，T(s)為距離地表高度為s處的溫度，R是氣體常數。