[发明专利]一种星载微波遥感陆地上空PWV的物理反演方法

说明书

本发明提供一种星载微波遥感陆地上空PWV的物理反演方法，该方法从大气辐射传输方程的扰动形式出发，通过求解线性方程组同步计算初始大气湿度廓线和地表温度的偏移量，进而实现窗区通道地表亮温和PWV的同步反演。本发明提供的方法，除极干燥大气外基本不受地表类型的影响。利用美国地区ATMS的实测数据对算法进行了验证，反演结果与SuomiNet GPS PWV的相关系数、RMSE及bias分别为：0.95，0.05cm和0.05cm。此外，给出了基于水汽通道模拟和观测亮温差的PWV结果的线性订正模型，订正后的PWV与GPS PWV吻合度更好，相关系数、RMSE及bias分别为：0.98，0.02cm和0.01cm。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种星载微波遥感陆地上空PWV的物理反演方法。

背景技术

水汽在气候变化、水循环、能量收支平衡等研究中都发挥着重要作用(Solomon etal.2007；Zveryaev andAllan 2005)。此外，它也是地球大气最丰富的温室气体，水汽及其变化是天气和气候变化的主要驱动力，对预测降雨、中小尺度恶劣天气有着重要影响(Dessler et al.2008；Raval and Ramanathan 1989)。大气可降水量(precipitablewatervapor,以下简称：PWV)指的是单位面积上整层大气积分得到的总水汽含量。它是气候能量收支分析、水循环以及数值天气预报应用中一个非常重要的参数(Nakamura etal.2004；Smith et al.2000；Trenberth et al.2009)。此外，PWV也是影响地表卫星遥感应用的一个重要参数，比如地表温度反演、大气订正等都需要PWV这一辅助参数(Julien etal.2015；Li et al.2013；Sobrino and Romaguera 2008；Vermote et al.2002)。

目前，已有多种技术手段可以获取PWV信息，比如探空、GPS、微波辐射计、地基太阳光度计和卫星遥感观测等(Alshawafet al.2015；Czajkowski et al.2002；Firsov etal.2013；Li et al.2003；Liu et al.2017；Seemann et al.2003；Wang et al.2015)。卫星观测凭借其独有的时间、空间分辨率的特点，可以有效提供区域甚至全球范围内的PWV信息。卫星遥感PWV按波段可以分为近红外(NIR)、热红外(TIR)和微波算法(Deeter 2007；Gaoand Kaufman 2003；Suggs et al.1998)。NIR遥感通常可以获得较高精度的PWV信息，比如MODIS的NIR水汽产品已被广泛应用(Gao andKaufman 2003)。但是，NIR算法容易受云、气溶胶的影响，且其仅能获取白天情况下的PWV信息。TIR算法可以获取晴空条件下白天和晚上的PWV信息，但由于红外辐射无法穿透云层，其同样无法获取云区PWV信息(Julien etal.2015；Liu et al.2015；Ren et al.2015)。

被动微波遥感受大气干扰小，能穿透云层，甚至可穿透一定程度的雨区，可以弥补NIR和TIR遥感PWV的不足(Bobylev et al.2010；Grody et al.1980)。使其在全天候PWV探测方面具有较好的发展潜力。水汽在22.235GHz和183.31GHz分别有弱和强吸收谱线，目前微波水汽遥感主要是是围绕这两个波段展开的(Bobylev et al.2010；Grody 1976；JonesandVonder Haar 1990)。