微波辐射计遥感晴空大气廓线方法研究

论文摘要

大气温度廓线是大气环境的重要参数,探测大气温度廓线在天气预报、大气科学、电波传播等领域具有重要意义。本文从大气微波被动遥感的基本理论出发,围绕微波辐射计遥感反演大气温度剖面的相关技术和探测结果开展了相关的研究。主要研究成果如下:1、基于地基微波辐射计大气测量原理,计算并仿真分析了不同频段的大气辐射亮温度权重函数及其特性,在此基础上给出了地基微波辐射计反演大气温度廓线的频率选择方法。2、结合下行大气辐射亮温度权重函数的计算与分析,开展了地基微波辐射计探测反演大气温度廓线的物理方法研究,利用Smith物理迭代法实现了大气温度廓线的物理反演,分析了算法的可行性和有效性。3、利用青岛历史探空数据对Smith物理迭代算法进行了仿真研究,利用青岛地区多通道微波辐射计的14个氧吸收通道(51.248GHz、51.760GHz、52.280GHz、52.80GHz、53.336GHz、53.848GHz、54.400GHz、54.940GHz、55.500GHz、56.020GHz、56.660GHz、57.288GHz、57.96GHz、58.800 GHz)的观测数据开展了实验研究,误差分析表明,5000m以下的反演结果与实测探空一致性较好。4、基于历史探空数据的仿真,开展了线性回归反演大气温度廓线的方法研究。5、利用温度廓线的反演方法,开展了折射率干项廓线反演的研究,并进行了可行性验证和误差分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 研究背景和意义
• §1.2 国内外研究概况与进展
• §1.3 论文结构与主要研究成果
• 第二章 地基微波辐射计大气测量原理
• §2.1 大气微波辐射传输理论基础
• §2.1.1 Plank黑体辐射定律
• §2.1.2 大气辐射传输理论
• §2.1.3 辐射亮温度传输方程
• §2.2 无散射大气下行辐射亮温的正演计算
• §2.2.1 氧气吸收系数的计算
• §2.2.2 水汽吸收系数的计算
• §2.2.3 大气下行辐射亮温的计算
• §2.3 地基微波辐射计测量大气参数的原理
• §2.3.1 地基微波辐射计的结构与工作原理
• §2.3.2 地基微波辐射计的定标原理
• §2.3.3 地基微波辐射计的测量原理
• §2.4 大气参数剖面的正反演
• §2.4.1 正演与反演问题
• §2.4.2 反演问题的求解方法
• §2.5 本章小结
• 第三章 地基微波辐射计晴空大气廓线的反演
• §3.1 晴空大气廓线的遥感反演原理
• §3.2 辐射亮温度权重函数
• §3.2.1 下行辐射亮温度权函数
• §3.2.2 上行辐射亮温度权函数
• §3.3 地基微波辐射计反演晴空大气廓线的通道选择
• §3.4 地基微波辐射计晴空大气温度反演方法—Smith物理迭代算法
• §3.5 本章小结
• 第四章 地基微波辐射计反演大气温度廓线仿真与实验验证
• §4.1 历史数据选择及数据处理
• §4.1.1 文中所用数据来源
• §4.1.2 分层标准和先验信息提取
• §4.1.3 误差评估方法
• §4.2 大气温度廓线反演方法的研究—多元线性回归算法
• §4.3 地基微波辐射计反演大气温度廓线的仿真验证
• §4.3.1 历史数据选择及数据处理
• §4.3.2 温度廓线反演及结果分析
• §4.4 地基微波辐射计反演大气温度廓线的实验验证
• §4.4.1 实验概况
• §4.4.2 实验数据初步处理
• §4.4.3 温度廓线反演及结果分析
• §4.5 本章小结
• 第五章 地基微波辐射计反演折射率干项的研究
• §5.1 折射率剖面反演的原理
• §5.2 反演折射率干项的仿真验证
• §5.3 折射率干项反演结果的误差分析
• §5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 附录A
• 附录B
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士期间科研与发表论文情况