[发明专利]一种月基视角下微波地表温度反演方法

说明书

一种月基视角下微波地表温度反演方法，包括求解微波水平极化发射率与垂直极化发射率之间的相关系数；获取月基观测天顶角；微波大气衰减分析；计算微波大气透过率；计算大气上行辐射和大气下行辐射；分析电离层衰减；获得月基视角下微波地表温度反演结果。本发明提供的月基视角下微波地表温度反演算法，是在分析全球地表特征的基础上，利用微波不同波段下的水平与垂直极化发射率间的相关关系，结合辐射传输方程和微波在电离层中传播等理论而建立的，考虑了电离层影响，不受时间和空间上的限制，而且明确了模型中的大气吸收衰减、大气透过率、大气上下行辐射等大气参数的影响，适用于0‑90°大范围观测天顶角下地表温度反演。

技术领域

本发明涉及月基对地观测/微波遥感以及基于月基微波辐射数据进行地表温度反演等领域，具体地本发明涉及一种月基视角下微波地表温度反演方法。

背景技术

地球作为一颗行星，其长期自然演化过程中呈现的大尺度、动态变化现象与人类环境密切相关，把月球作为一个对地观测平台,在月球上布设传感器对地球进行全面、持续、长期观测是一种新概念。月基对地观测是在条件允许的情况下通过在月球表面架设各种观测仪器对地球进行远距离观测，并对地球进行大尺度、连续和快速成像，以满足人类对此方面的各种需求。现阶段，国内外关于月基对地观测的理论研究刚刚起步，很多学者就月球上布设合成孔径雷达的可行性与性能进行研究。研究结果显示：与星载观测相比，月基对地观测具有无可比拟的超大可观测范围，具有高分辨率、高测绘带幅宽的特点，条带模式下测绘带幅宽可达数千公里，采用扫描模式一天可以覆盖地球表面40％，空间分辨率可达10m甚至更高，能够形成长时间序列的数据，而且月基观测平台的寿命远远大于各种低轨卫星。

目前，国内外基于星载被动微波遥感数据反演地表温度已经取得了不少的研究成果。而现有基于被动微波遥感的地表温度反演算法，主要分为统计模型法和物理模型法。

统计模型法是获得地表温度的一种最为简捷的方式，它是将大量的卫星亮度温度数据与实测温度数据进行多元回归，得到反演地表温度的简单的线性公式，能够简单方便地计算地表温度。但是所建立的反演模型不具备物理意义，且受下垫面影响大，模型仅适用于与实验样区大气、下垫面情况等类似的区域，随地域和时间的变化，回归方程影响因子以及回归系数等可能都会发生改变，区域适用性受到限制。因此，经验算法在大范围应用中还存在许多问题。

物理模型法是基于辐射传输方程，将视在亮温分为目标亮温和其他辐射贡献两部分，并根据这两部分反演真实地表温度。通过对模型中比辐射率的简化方式不同，又可将物理模型法分为基于比辐射率求解、基于两阶段、基于两邻近通道、基于多时相等反演方法。总之，物理模型有明确的物理意义，不受时间和空间上的限制，但是在该模型中，一些参数的机理并不是特别明确，所以反演过程中常提出一些假设或对辐射传输方程进行简化，并引入一些经验关系，使得模型处于半经验状态，其模型尚无法对地表温度反演做出真实的、完全意义上的定量描述，从而导致反演精度的降低。同时，在辐射传输求解过程中，没有很好地解决大气校正和地表辐射问题，降低了地表温度反演精度。在现阶段，建立被动微波反演温度的半经验模型较为普遍，实用性相对较好，且反演精度相对较高。

总体来看，月基对地观测目前仍未实现，无实际观测数据，所有研究成果均属于理论成果，为了开展基于月基对地观测数据的地表温度反演工作，首先需利用人造卫星数据模拟得到的月基仪器数据。另外，现有微波地表温度反演算法本身存在局限性，统计模型算法不具备物理意义，区域适用性受到限制，导致在大范围应用中存在许多问题；物理模型法中一些参数机理不明确，导致反演精度降低。同时，现有微波地表温度反演算法适用于较小观测天顶角下地表温度反演，且天顶角一般保持在某一恒定值左右。由于人造卫星轨道高度较低，现有反演算法未考虑电离层影响，而月基平台处于地球电离层之外，地面微波辐射穿过电离层到达月基平台过程中，电离层对微波的传播将产生一定影响。

发明内容