[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

说明书

本发明公开了一种利用微波辐射计同步观测反演大气和土壤温湿度的方法，该方法利用地基微波辐射计在观测大气微波辐射亮温反演大气温湿度廓线的基础之上可对地斜向观测实现土壤微波辐射亮温的观测，进而反演得到土壤不同深度的温湿度。本发明提供的方法对地基微波辐射计进行改进，使天线能够倾斜向下观测实现对地观测，即可利用土壤的微波辐射亮温实现不同深度土壤温湿度的观测反演，最终实现大气和土壤温湿度的一体化观测，充分发挥现有仪器的性能，实现“一机两用”。

【技术领域】

本发明属于大气和土壤微波遥感探测领域，具体涉及一种利用地基微波辐射计同步观测反演对流层大气和土壤温湿度的方法及其应用。

【背景技术】

地基多通道微波辐射计是一种被动大气遥感探测设备，能够获取高时空分辨率的大气温湿度廓线等参数。目前，已经被广泛应用在对流层大气温湿度廓线遥感探测中，但是现有的地基微波辐射计是为观测大气而设置的，观测目标为大气。而现如今对于土壤温湿度的观测，一般采用土壤温湿度或传感器等进行监测，这就需要两套设备进行分别进行监测，费时费力的同时，设备成本较高，因此本发明提出一种利用微波辐射计同步观测反演大气和土壤温湿度的方法，实现一机两用。

【发明内容】

针对上述问题，本发明提供一种利用地基微波辐射计同步观测反演对流层大气和土壤温湿度的方法，该方法在微波辐射计观测大气温湿度廓线的基础上实现了土壤温湿度的观测反演，无需额外设备，即可同时完成大气和土壤温湿度的监测，省时省力。

本发明是通过以下技术方案实现的，提供一种利用微波辐射计同步观测反演大气和土壤温湿度的方法，包括以下步骤：

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。

特别的，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。

特别的，所述S2利用观测地探空资料和大气微波辐射传输模型，结合神经网络反演算法进行神经网络训练，并将训练好的神经网络用于观测数据的反演，即可得到实时大气温湿度廓线数据，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。

特别的，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。