星載微波探測儀是獲取全球大氣溫濕廓線及地表參數(shù)的重要儀器，在氣候變化研究、數(shù)值天氣預報、氣象災害監(jiān)測與預報等大氣應用中發(fā)揮著重要作用。本書以風云三號衛(wèi)星搭載的兩個微波探測儀（主要用于探測溫濕廓線的微波濕溫探測儀和探測溫度廓線的微波溫度計II型）為研究對象，對風云三號衛(wèi)星微波探測儀遙感數(shù)據(jù)在大氣中的反演應用進行了深入研究。內(nèi)容包括微波探測儀遙感大氣理論基礎、微波探測儀對溫濕廓線的物理反演及改進措施、微波探測儀對溫濕廓線的統(tǒng)計反演及改進措施、深度神經(jīng)網(wǎng)絡在星載微波探測儀反演中的應用研究、微波探測儀反演溫濕廓線的驗證方法研究、星載微波遙感海面氣壓原理及多頻段融合反演研究、微波探測儀對海面氣壓的敏感性測試研究、60GHz和118GHz對海面氣壓的探測能力對比與分析。本書開展的星載微波探測儀反演大氣參數(shù)理論與方法研究對于促進微波遙感大氣理論和應用的發(fā)展，以及進一步拓展國產(chǎn)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的應用能力具有重要的理論意義和應用價值，同時可為后續(xù)星載被動微波遙感儀器的研制提供重要參考。
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作為通訊作者、第一作者發(fā)表論文14篇，其中SCI檢索8篇、EI檢索5篇，其他核心期刊檢索1篇。
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 星載微波探測儀反演大氣參數(shù)的研究背景 1
1.2 國內(nèi)外星載微波探測儀的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.1 國外星載微波探測儀的發(fā)展 2
1.2.2 國內(nèi)星載微波探測儀的發(fā)展 4
1.2.3 星載微波探測儀反演大氣溫濕廓線的研究現(xiàn)狀 5
1.3 風云三號D 星微波探測儀介紹 7
1.3.1 MWHTS 7
1.3.2 MWTS-II 10
參考文獻 11
第2章 微波探測儀遙感大氣理論基礎 15
2.1 引言 15
2.2 地球大氣成分和熱結構概述 15
2.2.1 地球大氣分層 15
2.2.2 地球大氣的化學成分 16
2.2.3 壓強和密度的垂直分布 17
2.2.4 地球大氣的熱結構 18
2.2.5 云的微物理特征 18
2.3 大氣輻射傳輸理論 19
2.3.1 Planck黑體輻射定理 19
2.3.2 發(fā)射率和Kirchhoff定律 21
2.3.3 大氣微波輻射傳輸 22
2.3.4 大氣吸收和衰減模式 25
2.3.5 云和雨的散射貢獻 33
2.4 快速輻射傳輸模型 37
2.5 星載微波遙感大氣溫濕廓線原理 41
2.5.1 星載微波探測儀遙感大氣溫度廓線 41
2.5.2 星載微波探測儀遙感大氣水汽廓線 43
iv 星載微波探測儀反演大氣參數(shù)研究
2.6 星載微波探測儀反演溫濕廓線方法 44
2.6.1 反演的數(shù)學描述 46
2.6.2 最優(yōu)化 46
2.6.3 統(tǒng)計方法 46
2.6.4 物理方法 49
2.6.5 物理統(tǒng)計方法 51
2.7 本章小結 51
參考文獻 52
第3章 MWHTS物理反演大氣溫濕廓線研究 55
3.1 引言 55
3.2 一維變分算法 55
3.2.1 算法原理 55
3.2.2 影響反演精度因素討論 56
3.3 MWHTS物理反演系統(tǒng) 58
3.3.1 數(shù)據(jù)與模型 58
3.3.2 先驗信息 59
3.3.3 觀測亮溫的偏差校正 60
3.3.4 測量誤差協(xié)方差矩陣 62
3.3.5 反演過程的質(zhì)量控制 62
3.3.6 MWHTS物理反演系統(tǒng)的反演步驟 62
3.4 反演結果及分析 63
3.4.1 觀測亮溫的偏差校正結果 63
3.4.2 反演結果的驗證與分析 64
3.5 本章小結 69
參考文獻 69
第4章 MWHTS物理反演系統(tǒng)的改進 72
4.1 引言 72
4.2 數(shù)據(jù)與模型 72
4.3 背景廓線的產(chǎn)生 74
4.3.1 線性回歸反演算法 74
4.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡反演算法 75
4.4 觀測偏差校正方案 76
4.4.1 掃描偏差校正 77
4.4.2 氣團偏差校正 81
4.5 MWHTS物理反演系統(tǒng)的改進及反演結果分析 85
4.5.1 反演系統(tǒng)的改進及反演流程 85
4.5.2 背景廓線的精度對比 85
4.5.3 觀測偏差校正效果對比 87
4.5.4 觀測偏差校正對反演精度的影響 94
4.5.5 觀測偏差校正方案的穩(wěn)定性評估 95
4.6 本章小結 97
參考文獻 98
第5章 深度神經(jīng)網(wǎng)絡在MWHTS反演中的應用研究 101
5.1 引言 101
5.2 數(shù)據(jù)和模型 102
5.3 算法和實驗設計 103
5.3.1 深度神經(jīng)網(wǎng)絡算法 103
5.3.2 基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡的觀測偏差校正 104
5.3.3 基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡的溫濕廓線反演 104
5.3.4 一維變分算法 106
5.3.5 實驗設計 106
5.4 實驗結果 107
5.4.1 偏差校正結果 108
5.4.2 物理反演結果 112
5.4.3 基于觀測亮溫的統(tǒng)計反演結果 113
5.4.4 基于模擬亮溫的統(tǒng)計反演結果 114
5.5 算法穩(wěn)定性測試 115
5.6 本章小結 117
參考文獻 117
第6章 基于模擬亮溫的統(tǒng)計反演方案的改進 120
6.1 引言 120
6.2 數(shù)據(jù) 121
6.2.1 大氣數(shù)據(jù)描述 121
6.2.2 數(shù)據(jù)預處理 122
6.3 基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡的輻射傳輸模型 123
6.4 基于模擬亮溫的統(tǒng)計反演方案 124
6.4.1 基于模擬亮溫的統(tǒng)計反演模型 124
6.4.2 MWTS-II觀測偏差校正 125
6.5 實驗結果 126
6.5.1 模擬亮溫的精度對比 127
vi 星載微波探測儀反演大氣參數(shù)研究
6.5.2 MWTS-II觀測偏差校正結果 128
6.5.3 基于模擬亮溫的統(tǒng)計反演結果 131
6.6 本章小結 135
參考文獻 136
第7章 微波探測儀反演溫濕廓線的驗證方法研究 138
7.1 引言 138
7.2 通道權重函數(shù)和數(shù)據(jù) 139
7.2.1 MWTS-II和MWHTS權重函數(shù)分析 139
7.2.2 大氣數(shù)據(jù) 140
7.2.3 數(shù)據(jù)預處理 140
7.3 反演驗證方法 140
7.3.1 反演驗證方法的可行性分析 140
7.3.2 反演基模擬亮溫和參考模擬亮溫的對比 142
7.3.3 根據(jù)微波探測儀各通道的主要探測范圍驗證反演結果 142
7.4 反演結果及其驗證 143
7.4.1 MWTS-II反演溫度廓線的驗證 144
7.4.2 MWHTS反演溫濕廓線的驗證 146
7.5 本章小結 150
參考文獻 150
第8章 MWHTS和MWTS-II融合反演海面氣壓 153
8.1 引言 153
8.2 數(shù)據(jù)及預處理 154
8.3 星載微波遙感海面氣壓原理 155
8.3.1 微波遙感海面氣壓理論基礎 155
8.3.2 MWHTS和MWTS-II對海面氣壓的敏感性測試 158
8.4 算法和實驗設計 162
8.4.1 基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡的海面氣壓反演方法 162
8.4.2 反演實驗設計 163
8.5 實驗結果 164
8.5.1 通道對反演海面氣壓的貢獻測試結果 165
8.5.2 MWHTS和MWTS-II融合反演海面氣壓結果 167
8.6 本章小結 169
參考文獻 170
第9章 MWTS-II對海面氣壓的敏感性測試研究 173
9.1 引言 173
9.2 數(shù)據(jù)和模型 174
9.3 基于DNN的MWTS-II對海面氣壓的敏感性測試方法 174
9.4 實驗設計 175
9.5 實驗結果 177
9.5.1 MWTS-II模擬亮溫的計算結果 177
9.5.2 MWTS-II對海面氣壓的敏感性測試結果 178
9.5.3 基于模擬亮溫的海面氣壓反演結果 181
9.5.4 基于觀測亮溫的海面氣壓反演結果 183
9.6 算法穩(wěn)定性評估 185
9.7 本章小結 186
參考文獻 186
第10章 60GHz和118GHz的海面氣壓探測能力對比 188
10.1 引言 188
10.2 數(shù)據(jù)分類及驗證 189
10.3 算法和實驗設計 192
10.4 實驗結果 193
10.4.1 60GHz通道組合和118GHz通道組合反演結果對比 193
10.4.2 60GHz擴展通道組合反演結果 196
10.4.3 MWTS-II和MWHTS反演結果對比 198
10.5 本章小結 201
參考文獻 202
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