风云三号微波大气探测载荷辐射定标

风云三号气象卫星是我国第二代极轨业务气象卫星,具有全球、全天候和多光谱探测能力,装载有微波温度计和微波湿度计2台微波大气探测载荷,自2008年首发星升空后,风云三号微波大气探测载荷资料在防灾减灾和数值天气预报同化应用中发挥了积极作用。风云三号气象卫星微波载荷辐射定标是从原始观测计数值出发获取目标亮温的数据处理技术过程,包括发射前定标、在轨星上定标、综合辐射定标和历史资料再定标4个技术环节。精确的辐射定标是星载被动微波辐射计遥感资料定量应用的基础。本文综述了风云三号气象卫星微波大气探测载荷综合辐射定标技术,介绍了风云三号微波大气探测载荷综合辐射定标基本原理及技术现状,展望了风云气象卫星微波大气探测载荷综合辐射定标技术未来发展。     

FY-3号气象卫星的热红外数据同化方法研究

针对FY-3传感器：扫描辐射计、中分辨率成像光谱仪和红外分光计的热红外通道,根据辐射传输理论以及地表温度反演信息的一致性,利用大气辐射传输模拟软件MODTRAN4进行数据模拟和数据同化方法研究。结果表明,这三个传感器热红外数据具有显著的线性相关关系;对于扫描辐射计、红外分光计分别向中分辨率成像仪的数据同化模型,当改变观测角,模型回归系数之和总是约为1．0;扫描辐射计和红外分光计的误差分别为0．4K和0．15K（300K时）。     

改进频率分布和风速纠正的青藏高原格点降水数据集（1980~2009年）

青藏高原格点降水数据是该地区气象、水文、生态等多方面研究的重要支撑。然而,因青藏高原地形和观测条件的影响,常规的格点降水资料处理方法通常难以表征格网内降水的真实统计参数,也并未将风速影响的器测误差考虑在内。针对此问题,对降水数据进行降水观测损失订正和降水频率分布优化形成新的数据集。由于考虑了风引起的观测损失且使用了不易受到台站密度影响的插值方案,该数据的均值比国际同类数据平均偏大20%,方差偏大2倍。更大的方差,意味着该数据可以更大程度地减少低密度观测网给格点数据带来的平滑效应,对于研究气候的变化特征更有优势。该数据覆盖时间范围从1980年1月1日至2009年12月31日,时间分辨率为1 d,水平空间分辨率10 km。数据适合作为数值模式降水和卫星遥感降水频率纠正的参考数据源,也可作为各类陆面水文模型的输入参数。     

风云三号微波湿度计遥感图像地理定位方法

风云三号（FY-3）微波湿度计采用45°天线绕轴旋转形成垂直于卫星飞行轨迹的360°连续变速圆周扫描方式。依据这种扫描几何,给出了适用于风云三号微波湿度计遥感图像地理定位的方法,定义了完善的坐标系及坐标系转换关系,根据微波湿度计观测几何、卫星空间位置和姿态、仪器空间位置和指向建立了天线观测矢量与地面位置之间关系的模型。风云三号微波湿度计遥感图像地理定位方法在风云三号地面应用系统业务运行中,对微波湿度计遥感图像地理定位精度达到了像元级。     

风云三号微波湿度计航空校飞辐射定标原理及数据分析

风云三号微波湿度计是我国首次在轨定量应用于大气探测的星载被动微波辐射计,为验证载荷辐射性能,发射前于2007年9月至11月开展了航空校飞试验,历时2个月共转场青海湖、敦煌和云南普洱3个试验场,地面同步实施了辐射校正测量。在阐述星载微波大气探测载荷航空校飞辐射定标原理基础上,开展航空校飞数据分析,并与同步辐射校正测量结果进行了比对验证,结果表明风云三号微波湿度计初样产品探测结果符合设计指标要求。风云三号微波湿度计航空校飞试验为其资料在轨业务定量应用奠定了基础,其中航空校飞辐射定标模型支撑了后续风云三号卫星微波湿度计在轨业务定标。     

微波湿度计探测青藏高原卷云和温湿度分布

鉴于青藏高原地区的气象站和探空数据观测数据非常有限,且其卷云和温湿度分布对全球气候有重要影响,提出联合风云三号卫星微波湿度计(FengYun-3C microwave humidity and temperature sounder,FY-3C MWHTS)在轨观测数据和欧洲中值预报中心发布的青藏高原地区再分析数据,采用改进的神经网络方法分析上对流层和低平流层大气卷云极化和散射信息敏感性,开发青藏高原地区大气卷云检测反演算法。进而利用在轨实时运行的FY-3C星微波湿温探测仪数据提取青藏高原地区全天候大气卷云信息,研究青藏高原区域卷云随季节的变化规律和分布特征。     

风云三号微波湿度计航空校飞辐射定标原理及数据分析

风云三号微波湿度计是我国首次在轨定量应用于大气探测的星载被动微波辐射计，为验证载荷辐射性能，发射前于2007年9月至11月开展了航空校飞试验，历时2个月共转场青海湖、敦煌和云南普洱3个试验场，地面同步实施了辐射校正测量。在阐述星载微波大气探测载荷航空校飞辐射定标原理基础上，开展航空校飞数据分析，并与同步辐射校正测量结果进行了比对验证，结果表明风云三号微波湿度计初样产品探测结果符合设计指标要求。风云三号微波湿度计航空校飞试验为其资料在轨业务定量应用奠定了基础，其中航空校飞辐射定标模型支撑了后续风云三号卫星微波湿度计在轨业务定标。     

风云三号微波湿度计航空校飞辐射定标原理及数据分析

风云三号微波湿度计是我国首次在轨定量应用于大气探测的星载被动微波辐射计，为验证载荷辐射性能，发射前于2007年9月至11月开展了航空校飞试验，历时2个月共转场青海湖、敦煌和云南普洱3个试验场，地面同步实施了辐射校正测量。在阐述星载微波大气探测载荷航空校飞辐射定标原理基础上，开展航空校飞数据分析，并与同步辐射校正测量结果进行了比对验证，结果表明风云三号微波湿度计初样产品探测结果符合设计指标要求。风云三号微波湿度计航空校飞试验为其资料在轨业务定量应用奠定了基础，其中航空校飞辐射定标模型支撑了后续风云三号卫星微波湿度计在轨业务定标。     

人工神经网络反演算法反演北京地区湿度廓线

微波湿度计（MWHS）是风云三号卫星的主要有效载荷之一,其频率为150GHz（双极化）和183.3lGHz（三通道）,分别用于探测大气窗区和水汽廓线。采用垂直于飞行方向的交轨扫描方式,科学目标是探测大气湿度的垂直分布。本文简要介绍微波大气湿度探测的基本原理,阐述了湿度廓线反演的各种方法,着重运用人工神经网络算法,反演北京地区的大气湿度的垂直分布。结果表明,运用风云三号微波湿度计数据,大气湿度垂直分布反演值与已知的探空数据相比,虽有误差,但在可接受范围之内,反演结果可应用于气象,通信等领域,并具有重要应用价值。     

利用高频微波被动遥感探测大气

现已上天的微波辐射计大都采用１００ＧＨｚ以下频率,其观测资料应用的最大限制就是它们的空间分辨率不够高。随着高频微波元器件研制技术的不断发展,我们对使用毫米波、亚毫米波及更高频段进行地气系统遥感的可行性及重要性都已有了相当充分的认识。这里试图给出一个有关使用微波１１０ＧＨｚ以上高频在进行大气参量被动遥感方面研究的简要综述,包括大气温度和湿度廓线的反演、卷云遥感以及云和降水的探测     

Data validation of Chinese microwave FY-3A for retrieval of atmospheric temperature and humidity profiles during Phoenix typhoon, 2008

As a first polar-orbit meteorological satellite, FY-3A (FY – Feng Yun, which means wind and cloud), in China, the Microwave Temperature Sounder (MWTS) and Microwave Humidity Sounder (MWHS) are aboard the satellite for the purpose of retrieving atmospheric temperature and humidity profiles. A novel mixed (MIX) model, based on the Millimetre Propagation Model (MPM) and Rosenkranz (ROS) models, is developed for calculation of atmospheric absorption coefficients in multiple channels of the MWTS and MWHS using the China National Standard Atmosphere (GB 1920-80) and US Standard Atmosphere of 1976. Using atmospheric radiative transfer with the in situ measurements of 836 radiosonde datasets (including the altitude, pressure, atmospheric temperature and humidity) from 16 sites in China and Japan, multiple channel brightness temperatures are simulated and compared with FY-3A MWTS/MWHS observations for data validation. Simulations using respective MPM, ROS and MIX models are also analysed. Furthermore, the statistical D-matrix is constructed from the MWTS/MWHS data and the aforementioned radiosonde measurements, and it is then applied to the retrieval of atmospheric temperature and humidity profiles over the north-western Pacific Ocean during 2008’s Phoenix typhoon.     

小卫星大气微波探测仪及其应用模拟研究

小卫星大气微波探测仪技术是目前微波遥感技术的一个研究热点.通过研制一台小卫星大气微波探测仪(以下简称大气微波探测仪,英文简称SAMS)并搭载在我国的商业小卫星上,实现对大气温湿度、极端天气和降雨的快速测量.介绍了 SAMS的应用方面设计的特点,并结合目前的灵敏度测试数据,分析了在轨应用性能,尤其是在海面气压、大气湿路径...     

Identification of clay pans from AMSR-E passive microwave observations

A new methodology to derive the spatial distribution of clay pans from satellite microwave data is presented. Soil moisture has a different temporal signature in clay pans compared with other soils, which is directly reflected in the satellite-observed brightness temperatures. Three years of Advanced Microwave Scanning Radiometer Earth Observing System (AMSR-E) 6.9 GHz microwave observations were compiled and analysed over continental Australia to identify clay pans. This led to the development of a brightness temperature variance index (BTVI), which shows a strong spatial correspondence to an existing soil texture map and the ability to map clay pans for semi-arid regions. This simple method emphasizes the potential use of passive microwave remote sensing for soil type mapping.     

我国微波遥感现状及前景

分析比较了遥感技术中使用的可见光、红外和微波遥感器的特点,介绍了微波遥感理论研究内容和我国的研究现状,叙述了我国机载合成孔径侧视雷达、机载微波辐射计、机载微波散射计、机载海洋雷达高度计的研制和应用状况,指出目前我国机载微波遥感器已基本达到实用水平,并且在生产建设、科学研究和防灾减灾中发挥出作用。列出了国际主要对地观测卫星装载遥感器的情况,从中看出微波遥感器在对地观测中日益增强的作用,建议国家对微波遥感的研究和应用加强统一领导,加强机载实用运行、陆基实验、微波遥感理论研究,以确保早日实现我国自己的星载微波遥感。     

Estimation of regional terrestrial water cycle using multi-sensor remote sensing observations and data assimilation

An integrated data assimilation system is implemented over the Red-Arkansas river basin to estimate the regional scale terrestrial water cycle driven by multiple satellite remote sensing data. These satellite products include the Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM), TRMM Microwave Imager (TMI), and Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). Also, a number of previously developed assimilation techniques, including the ensemble Kalman filter (EnKF), the particle filter (PF), the water balance constrainer, and the copula error model, and as well as physically based models, including the Variable Infiltration Capacity (VIC), the Land Surface Microwave Emission Model (LSMEM), and the Surface Energy Balance System (SEBS), are tested in the water budget estimation experiments. This remote sensing based water budget estimation study is evaluated using ground observations driven model simulations. It is found that the land surface model driven by the bias-corrected TRMM rainfall produces reasonable water cycle states and fluxes, and the estimates are moderately improved by assimilating TMI 10.67 GHz microwave brightness temperature measurements that provides information on the surface soil moisture state, while it remains challenging to improve the results by assimilating evapotranspiration estimated from satellite-based measurements.     

利用神舟4号飞船多频段微波辐射计对塔克拉玛干沙漠的研究

利用神舟4 号飞船多频段微波辐射计结合其它星载数据和地面数据, 研究了塔克拉玛干沙漠的微波辐射特点和温度反演问题。结果表明, 微波辐射计在塔克拉玛干沙漠的性能是相对稳定的。其在塔克拉玛干沙漠的观测亮温呈现出低频高于高频的特点。通过分析, 认为这种现象与微波辐射的穿透能力密不可分。通过对各通道观测亮温与沙漠周围5 个常规气象观测站的温度资料的相关分析, 表明观测亮温与地表要素间有很好的相关性。     

基于卫星遥感数据的恶劣气象监测预警系统设计

针对传统恶劣气象监测预警系统的检测准确率低、预警时效性较差的问题,提出基于卫星遥感数据的恶劣气象监测预警系统。利用GDAL软件自带的读写功能,处理已读取的遥感影像基本信息,再根据辐射定标与亮温计算数值,完成卫星遥感影像的预处理模块设计。连接插件模块的逻辑结构,利用待集成的平台插件,控制下级遥感信息显示与预警模块,实现恶劣气象监测预警系统的设计与应用。按照系统多线程的同步与通信关系,完成遥感数据的云识别处理,实现卫星遥感程序与恶劣气象监测预警模块之间的实时交互。选取风向指标作为实验对象,分析对比实验数据可知,在不同风向条件下,卫星遥感型监测系统所检测出的风向指标均呈现显著性状态,能够及时响应系统主机的预警指令。     

FY-3A气象卫星VIRR云检测产品与IRAS的匹配

通过查找表方法进行FY-3A气象卫星可见光红外扫描辐射计(Visible and InfraRed Radiometer, VIRR)云检测产品与红外分光计(Infrared Atmospheric Sounder, IRAS)之间的匹配实验,使VIRR云检测产品与IRAS具有一致的空间分辨率,为IRAS大气温湿度廓线的反演提供可靠的云检测信息。实验中分别采用模拟的VIRR云检测结果与IRAS数据进行匹配,并将匹配结果与原始云检测信息进行对比分析,验证查找表方法进行两者之间匹配处理的可行性。