[发明专利]基于微波双频极化差分比的地表影响抑制方法

说明书

本发明涉及基于微波双频极化差分比的地表影响抑制方法，按照以下步骤进行：计算出0‑200GHz微波谱段的大气透过率；遴选出适合用于监测大气温湿度变化特征的微波谱段；在同一地表特征情况下，进一步遴选出在不同极化条件下地表发射率差异明显的两个微波通道；计算同一微波通道在不同极化条件下的微波辐射亮温；计算同一微波通道在不同极化条件下的微波辐射亮温差值；构建双频极化差分比因子R；建立R与边界层温湿度的查找表，利用R反演边界层温湿度信息。本发明通过精细谱极化通道组合，即极化通道差值以及不同通道的比值构建不依赖地表特征的“新观测量”R，实现对边界层（0‑4km）温湿度廓线的反演。

技术领域

本发明涉及微波高光谱探测反演算法设计领域，特别涉及基于微波双频极化差分比的地表影响抑制方法。

背景技术

经过半个世纪努力，我国已成功发射了17颗气象卫星，目前在轨运行7颗，形成了兼顾成像探测、覆盖可见红外微波等谱段的综合对地观测能力，成为全球同时具有极轨和静止两个系列业务气象卫星的少数几个国家之一。我国国产微波探测仪器起步于上世纪六十年代，我国第二代风云气象卫星——风云三号上搭载了微波温度计和微波湿度计等两个大气微波探测仪器。2008年风云三号A星是我国首颗搭载了微波大气探测仪器的地球观测卫星。经过十几年的发展，风云气象卫星已经建立了完善的全球观测网络，其观测数据质量也已经达到与国际同类仪器相当的水平。作为我国独立自主生产的遥感仪器，风云三号上的微波温度计和微波湿度计经过仪器偏差订正后的数据产品已得到国际同行的广泛认同，认为其数据质量已达到国外同类仪器水准，其数据已经在中国气象局数值天气预报中心、欧洲中尺度天气预报中心(ECMWF)、英国气象局等全球主要的数值预报中心得到了业务同化应用。

大气边界层(0-4km)是人类生存和社会经济活动的主要空间，也是大气与地表相互作用与影响的桥梁，对科学认识天气、气候、自然灾害等问题乃至保障人类社会可持续发展都具有重要意义。边界层温湿度廓线是关键基础数据，传统观测及地基遥感手段无法实现全球观测。尽管卫星遥感能提供空间连续的边界层大气温湿度廓线信息，但探测总信号中边界层信息相对地表为弱信号，大气信息提取精度低。在微波高光谱探测仪器获取到的信号中，地表温度的贡献远大于边界层温度、水汽的贡献，边界层温湿度信号相对于地表信号是弱信号。边界层温湿度信息获取是一种在地表强背景下的大气弱信息提取，需要首先剔除强信号影响，以降低反演难度。此外，地表温度变化幅度大，其变化幅度可能与边界层参数量级差别不大，这会淹没边界层温度、水汽本身的信号，进一步增加了反演难度。

目前，国内外都在同步开展微波高光谱探测仪器的预研工作，仪器创新发展速度非常迅速，但是边界层大气探测除了要解决通道较少和垂直探测能力的问题，还需要解决地表干扰的问题，即从地表强背景下的提取出弱信号。但目前现有技术缺少实现边界层弱信号提取的有效方法。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出基于微波双频极化差分比的地表影响抑制方法，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

基于微波双频极化差分比的地表影响抑制方法，按照以下步骤进行：

步骤S1：计算出0-200GHz微波谱段的大气透过率；

步骤S2：根据步骤S1计算出的大气透过率，遴选出适合用于监测大气温湿度变化特征的微波谱段；

步骤S3：根据步骤S2遴选出的微波谱段，在同一地表特征情况下，进一步遴选出在不同极化条件下地表发射率差异明显的两个微波通道；

步骤S4：计算同一微波通道在不同极化条件下的微波辐射亮温T_p(f)；

步骤S5：计算同一微波通道在不同极化条件下的微波辐射亮温差值ΔT(f)；

步骤S6：构建双频极化差分比因子R；