基于微波辐射传输模型的星载大气遥感正演和反演研究

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1、分类号学号M201371653学校代码10487密级硕士学位论文基于微波辐射传输模型的星载大气遥感正演和反演研究学位申请人：李公维学科专业：电磁场与微波技术指导教师：郭伟教授答辩日期：2017年11月12日AThesisSubmittedinFullyFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringOnforwardmodelingandparameter-retrievalofspaceborneatmosphericremotesensingba

2、sedonmicrowaveradiativetransfermodelCandidate:LiGongweiMajor:ElectromagneticField&MicrowaveTechniquesSupervisor:Prof.GuoWeiHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaSeptember,2017华中科技大学硕士学位论文摘要大气辐射传输模型的目标是认识大气环境中电磁波辐射的发射、吸收、散射三种作用，建立模型，最终定量计算大气

3、中的辐射场强度这个物理量。研究电磁波辐射与大气的相互作用，有助于更好地理解大气、陆地、海面、冰面的物理参数与辐射能量转移过程的关系，是大气遥感研究的必要技术支撑。由于大气悬浮粒子散射问题的复杂性，现有的微波辐射传输模型在强散射条件下（降水、降雪）的精度表现弱于晴空条件，因而限制了这些区域的微波遥感数据的应用。如何更好地对大气散射效应建模，提高微波辐射传输模型的性能，是微波遥感界近年来关注的热点。本文回顾大气辐射传输散射问题相关研究的历史和进展，研究了考虑散射效应的辐射传输模型的表述方法和辐射传输方程的建立过程，和基于离散

4、纵标法和分层累加法的大气辐射传输方程数值解法。通过对大气辐射传输理论在大气悬浮粒子散射问题求解领域的最新研究成果的学习，以RTTOV和DOTLRT两种传输模型实现了星载辐射计对地观测正演模拟亮温的计算。RTTOV作为一种应用较广泛的传输模型，使用了一种相对简单的算法且随版本更新多次校正，而DOTLRT使用了更复杂的求解方法，这些不同之处所带来的性能影响在前人工作中未受到充分评价。考虑到这一点，本文利用卫星观测数据对DOTLRT和RTTOV模型进行了性能比较评估，结果显示二者误差标准差在一个量级上，而DOTLRT有更高的系

5、统偏差。除此之外，本文还对星载微波辐射计的大气参数反演做了一些研究，使用辐射传输模型的正演仿真数据训练了神经网络模型，实现了星载辐射计大气温湿度廓线、积分云液态水含量和积分雨水含量的反演。通过将星载辐射计反演结果与地基辐射计的反演结果做对比，验证了反演算法的可行性。关键词：大气微波遥感，辐射传输方程，微波辐射传输模型，大气参数反演I华中科技大学硕士学位论文AbstractTheaimofatmosphericradiativetransfer(RT)modelingistounderstandthethreekindof

6、interactionsbetweenmicrowaveradiationandtheatmosphericenvironment,tobuildmodels,andtoquantitativelycalculatetheintensityofradiationfield.Thisresearchonhowmicrowaveradiationinteractswiththeatmospheremaycontributetoourunderstandingoftherelationshipbetweenphysicalpa

7、rametersoftheatmosphere,thegroundsurface,theseasurfacetogetherwiththeicesurfaceandthetransferofradiativeenergy,whichmakesthisstudyanessentialsupportforatmosphericremotesensing.Thankstothecomplexityofmulti-scatteringeffectofhydrometers,existingRTmodelsperformbadly

8、instrongscatteringsituationssuchasrainandsnow,whichhamperstheutilizationofdatacollectedinsuchareas.Asaresult,thebettermodelingofatmosphericscatteringeffectandt