[发明专利]利用微波辐射计同步观测反演大气和土壤温湿度的方法

权利要求书

1.利用微波辐射计同步观测反演大气和土壤温湿度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1控制辐射计天线，使其垂直向上观测大气下行微波辐射亮温；

S2利用微波辐射计观测不同频率的大气微波辐射亮温,结合神经网络方法反演得到对流层大气温湿度廓线；

S3改变天线指向，使其斜向下观测不同入射角和不同频率的地表辐射亮温；

S4利用观测的不同角度、不同频率的地表辐射亮温，结合神经网络方法反演不同深度土壤的温湿度参数。

2.根据权利要求1所述的利用微波辐射计同步观测反演大气和土壤温湿度的方法，其特征在于，所述S1中，控制辐射计天线指向，使其垂直向上观测大气下行K和V波段不同频率的微波辐射亮温，所述大气下行K频率为22～31GHz，V波段频率为51～59GHz，微波辐射亮温按如下公式表示：

于公式(1)中，T_∞＝2.75K为宇宙背景的辐射亮温，θ为观测角度，f为观测频率，T(z)为高度z处的大气温度，α为不同高度大气吸收系数，是大气中水汽、氧气和云液态水的吸收系数之和。

3.根据权利要求2所述的利用微波辐射计同步观测反演大气和土壤温湿度的方法，其特征在于，所述S2具体按照如下方法实施：

S21将温湿度廓线和S1获得的微波辐射亮温一一对应；

S22将微波辐射亮温和地表温湿压参数作为输入，温湿度廓线分别作为输出，选用三层BP神经网络进行训练，得到用于反演的温湿度神经网络；

S23将辐射观测的大气辐射亮温及地表温湿度数据输入到训练好的神经实现大气温湿度廓线的反演。

4.根据权利要求3所述的利用微波辐射计同步观测反演大气和土壤温湿度的方法，其特征在于，所述S3具体按照如下方法实施：

控制天线波束指向，使得天线斜向下对地进行扫描观测，以获得地表辐射亮温，其中辐射计观测的地表辐射亮温包括三部分，第一部分为土壤自身辐射经过植被衰减后到达天线的能量，第二部分为植被下行辐射经过地表反射后的辐射能量，第三部分为植被上行辐射到达天线的能量。

5.根据权利要求4所述的利用微波辐射计同步观测反演大气和土壤温湿度的方法，其特征在于，所述土壤发射率不仅与土壤不同深度的温度有关，同时还与土壤含水量有关，在微波频段水的介电常数与干土壤有明显的区别，因此不同含水量的土壤会表现出不同的介电特性，进而具有不同的发射率，最终观测亮温与土壤湿度之间具有如下的函数关系：

V_s＝f(T_B) (2),

于公式(2)中，V_s表示土壤湿度，T_B表示土壤亮温，f表示两者之间的非线性函数关系。

6.根据权利要求5所述的利用微波辐射计同步观测反演大气和土壤温湿度的方法，其特征在于，所述S4具体按照如下方法实施：

S41利用历史观测资料或土壤微波辐射传输模型，建立地表辐射亮温，使其与土壤不同深度的温度和湿度含水量一一对应；

S42将不同角度不同频率的辐射亮温作为神经网络输入参数，对应的不同深度土壤温湿度作为输出参数，选用三层BP神经网络进行训练，得到用于反演土壤温湿度的神经网络；

S43将辐射观测的地表辐射亮温及地表温湿度数据输入到训练好的神经实现土壤不同深度温湿度的反演,得到不同深度土壤温湿度参数。