沙漠地区土壤质地对不同频点微波地表发射率反演和模拟的影响

首先运用先进微波扫描辐射仪(AMSR-E)资料反演了北非沙漠地区晴空条件下的地表微波发射率。然后根据不同的土壤类型,进一步分析了沙漠地表微波发射率频谱特性,并将增加土壤质地信息前、后的翁(Weng)氏微波地表发射率模型(2001)的模拟结果和反演结果进行了比较。结果表明,沙漠地表发射率与土壤质地密切相关,随土壤颗粒大小的不同变化明显。在沙漠土壤类型中,以大颗粒为主的土壤类型,其水平(垂直)极化的发射率通常随频率提高而增大(减小);而对于以较小粒子为主的沙漠土壤类型,地表发射率几乎为常数,或水平(垂直)极化的发射率随频率提高略有减小(增大)。并且,发射率的季节性特征明显,特别是以小颗粒组成的土壤,其水平极化的发射率比垂直极化的发射率表现出更强的季节性变化。以上这些发射率特征与翁氏模型模拟结果一致。此外,在翁氏模型的输入参数中增加土壤质地信息(土壤组分含量、粒径尺度)改善了翁氏模型在沙漠地区的模拟结果,特别是对于包含大量小粒子的沙漠土壤类型,如黏土和黏质壤土,模拟误差从6%9%降低至4%以下。由于翁氏模型是美国国家环境预报中心(NCEP)全球同化和预报系统的重要组成部分,对翁氏模型的改进将提高沙漠地区卫星资料的利用率并有望改进数值天气预报的准确度。

沙漠地区微波地表发射率年内变化规律与气候因子的关系分析

以塔克拉玛干沙漠为研究区域,利用2008年AMSR-E(advanced microwave scanning radiometer-earth observing system)二级亮温资料和全球资料同化系统(global data assimilation system,GDAS)的地表、大气参数产品,反演研究区晴空条件下的微波地表发射率,进而根据不同的土壤类型,分析了沙漠微波地表发射率频谱年内变化规律及其与气候因子的关系。结果表明:沙漠地表发射率与土壤类型密切相关,且不同土壤类型的发射率季节变化规律显著性不同;土壤含水量、地表温度与地表发射率的年内变化规律之间存在着显著相关性,地表发射率随土壤含水量、地表温度的增高而降低;地表植被覆盖度、植被含水量和地表粗糙度也是地表发射率的影响因子,其值均取决于土壤含水量,而土壤含水量受大气总水汽量和土壤类型的共同制约;以砂土为主的沙漠地表发射率更多受到沙漠深度的影响,随着沙漠深度的增加而减小。

同化卫星对地敏感通道微波亮温观测的模拟试验

借助快速辐射传输模式RTTOV v10(Radiative Transfer for TOVS)及其地表微波发射率模块,针对江淮区域晴天和雨天2类不同天气状况,采用理想试验手段,利用集合平方根滤波(En SRF)方法同化AMSU-A对地敏感第1通道的模拟亮温资料,探究改善中尺度模式WRF(Weather Research and Forecasting)初始场的可行性。结果表明:晴天时,同化对位温、水汽混合比及水平风速u和v整体上均有不同程度的改善,但不同高度改善程度有所差异,相对而言水平风场的改进程度最大,位温最小;有降水时,4个要素场整体改进程度与晴天时类似,但分析场误差的水平空间分布与晴天时不同。

卫星遥感微波地表发射率研究综述

在大气参数反演、卫星资料同化及微波降雨算法等研究领域均需要全球尺度上较为精确的微波地表发射率数据的支持,而微波地表发射率目前难以精确的获取.鉴于此,本文介绍了三种主要的微波地表发射率估算方法,并从卫星遥感的角度阐述当前微波地表发射率的估算、应用现状及存在的问题,最后对微波地表发射率的研究做出展望.

沙漠地区1月份微波地表发射率的线性反演

基于多元函数泰勒公式和最优控制原理,首先,在塔克拉玛干沙漠部分中心区域(反演区域),利用2014年1月FY-3C微波成像仪10.65 GHz垂直极化的观测亮温、辐射传输模式(CRTM)的模拟亮温等资料,在原有地表发射率与2个影响因子的函数关系基础之上,构建了该区域1月份微波地表发射率与2、4个影响因子之间的线性反演模型。其次,以观测亮温为参考,分别将两种线性反演模型所得的地表发射率提供给CRTM模拟亮温,发现此时模拟亮温的平均偏差分别减少到原地表发射率模拟亮温平均偏差的56.36%和49.37%。最后,在整个塔克拉玛干沙漠地区(检验区域),选取用于反演日期中的1月18日、未用于反演日期中的1月29日,对两种线性反演模型进行了时间和空间上的独立性检验,结果表明,利用两种线性反演模型所得的地表发射率模拟亮温仍比原模拟亮温更接近观测,平均偏差也明显减小;两种线性反演模型对沙漠地区1月份地表发射率的反演具有一定的合理性和普适性,且4个因子的线性反演模型优于2个因子。

基于FY-3C微波成像仪的沙漠地表发射率反演

地表发射率是地表的固有属性,也是反演地表信息和大气温湿度廓线的重要参数.为了获取准确且具有具体物理含义的沙漠地区微波地表发射率,首先选取塔克拉玛干沙漠部分地区为反演区域,根据二元函数泰勒定理,推导了该地区的微波地表发射率与地表温度、地表湿度的线性、非线性函数关系.其次,利用最优控制原理,结合FY-3C微波成像仪的观测亮温资料与辐射传输模式(CRTM)模拟亮温数据,构建了沙漠地区微波地表发射率的线性与非线性反演模型.通过对比发现,利用线性和非线性反演模型得到的地表发射率不仅提高了反演区域亮温的模拟精度,而且模拟亮温的变化趋势也与观测更吻合.最后,对地表发射率的线性和非线性反演模型进行了不同时间与空间上的独立性检验,结果表明:除了反演区域外,在整个塔克拉玛干沙漠地区,两种模型反演的地表发射率仍比原地表发射率模拟亮温更接近观测.总的来说,线性和非线性反演模型对沙漠地区的微波地表发射率反演均具有一定的有效性和普适性,且非线性反演模型优于线性反演模型.