[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

本發明公開了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；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。本發明的方法能夠連續的獲取全球地表氣壓場信息。本發明采用被動微波探測器進行地表氣壓的遙感探測，能夠實現全天時持續工作，受云雨影響小，且在高風速情形下也可以穩定工作。

技術領域

本發明涉及微波遙感領域，具體而言，涉及一種地表氣壓的被動微波遙感探測方法。

背景技術

地表氣壓是指單位面積上所受大氣柱的重量，是一個非常重要的氣象要素。短時間內的氣壓變化與冷暖空氣的活動密切相關，因此，氣壓信息在數值天氣預報中是必不可少的。氣壓的季節性以及年際變化，是研究全球氣候變化的重要依據。另外，地表氣壓在熱帶氣旋分析中起關鍵作用。熱帶氣旋中心氣壓值是判斷熱帶氣旋強度的依據，而熱帶氣旋半徑的確定也依賴于熱帶氣旋區域氣壓的空間分布特征。然而，目前還沒有有效的手段實現地表氣壓的遙感觀測。目前，陸地表面氣壓信息主要來源于氣象臺站觀測。海面氣壓數據的獲取目前仍然依賴于浮標觀測、飛機下投探空儀進行觀測以及船舶觀測。這些觀測手段的空間分布非常稀疏，無法提供高分辨率的地表氣壓信息。因此，實現地表氣壓的星載遙感觀測是非常必要的。

目前提出的地表氣壓遙感探測手段包括機載差分吸收雷達、光柵光譜儀、GPS掩星探測和散射計。相關技術中，差分吸收雷達使用50-55GHz氧氣吸收帶兩個接近的頻率進行探測，從兩個頻率接收功率比值中獲取地表氣壓信息。光柵光譜儀對氧氣A波段兩個不同頻點的被表面反射后的太陽輻射進行觀測，來獲取地表氣壓信息。差分吸收雷達和光柵光譜儀均是通過對地球大氣中氧氣的垂直柱總吸收的測量來達到地表氣壓探測的目的。GPS掩星探測是從觀測的掩星反射率資料中反演得到地表氣壓信息。散射計則首先通過對表面后向散射系數的測量得到表面風場，然后利用邊界層模型，推導得出地表氣壓梯度場。

但是，目前提出的地表氣壓探測手段均無法實現地表氣壓的連續和高分辨率觀測。例如，工作于50-55GHz氧氣吸收帶的差分吸收雷達，其探測頻率與微波輻射計一致，為了避免對輻射計輻射測量的污染，該儀器只能搭載于飛機進行區域性的觀測，無法提供全球的連續的地表氣壓信息；光柵光譜儀不能在云雨天以及夜間工作；GPS掩星探測獲取的地表氣壓場分辨率為幾百公里，難以滿足數值天氣預報和熱帶氣旋分析等應用的需求；散射計由于高風速下后向散射系數飽和的原因，風速反演精度不高，所以只能提供低風速時的氣壓梯度分布，且需要浮標觀測作為邊界值生成絕對的氣壓場，在浮標觀測分布非常稀疏的區域，例如南半球以及熱帶區域，絕對氣壓場難以生成。

發明內容

本發明的目的在于克服目前無法連續和高分辨率觀測地表氣壓的缺陷，提供了一種地表氣壓的被動微波遙感探測方法。由于被動微波探測器可以全天時對地表進行高分辨率觀測，受云雨影響小，且在高風速情形下也可以穩定工作，因此，本發明的方法可以實現對地表氣壓的連續高分辨率觀測。

為了實現上述目的，本發明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；

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。

作為上述方法的一種改進，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。

作為上述方法的一種改進，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；