利用高频微波被动遥感探测大气

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1、万方数据第14卷第2期1999年6月遥感技术与应用融eMOTESENS矾GTEC}玎q0队)GYANDAPPUCATl0Ny以．14ⅣD．2Jk扎．1999利用高频微波被动遥感探测大气陈洪滨(中国科学院大气物理研究所LAGEO北京100029)摘要：现已上天的微波辐射计大都采用100GHz以下频率，其观测资料应用的最大限制就是它们的空间分辨率不够高。随着高频微波元器件研制技术的不断发展，我们对使用毫米波、亚毫米波及更高频段进行地气系统遥感的可行性及重要性都已有了相当充分的认识。这里试图给出一个有关使用微波110GHz以上高频在进行大气参量被动遥感方面研究的简要综述

2、，包括大气温度和湿度廓线的反演、卷云遥感以及云和降水的探测。关键词：高频微波大气遥感亮温中图分类号：TP79／P414文献标识码：A文章编号：1004一0323(1999)02一0049一061引言理论和实践都证明，空间微波辐射计是十分有用的探测工具，已为环境、海洋、大气、水文、军事等领域的研究和应用提供了大量极具价值的资料。现已上天的微波辐射计都采用100GHz以下频率，其资料应用的最大限制就是它们的空间分辨率不够高。星上真实孔径辐射计的地面视场为R(km)=O．38危／／D(1)式中矗是卫星高度，D是天线口径尺寸(m)，厂是工作频率(GHz)。由公式(1)可见

3、，提高微波辐射计空间分辨率R有三大途径：①采用大天线技术，即增大式中的

4、D；②使用(甚)高频(>100GHz)，即增大频率厂；③采用合成孔径技术。其中，使用110GHz以上高频微波是当前国际上考虑得最多的。对1～1000GHz波段的微波，大气主要吸收气体是水汽(H20)和氧气(O。)。03、S02和NOz等微量气体成分也有吸收线，但非常弱，通常可以忽略不计，只是在进行中高层大气的(始临边Limb)遥感时才予考虑。在100～1oooGHz频率范围内有7条O。吸收线，分别位于118．75、368．5、424．76、487．25、715．4、773．84和834．2GH

5、z。有32条H20吸收线，其中有9条很强。在地面仅有118．75GHz的Oz吸收线突出，其它O。吸收线处于H。O吸收之下，这就是说，用300～1oooGHz中的O。吸收线通道来探测近地层的大气温度廓线将是十分困难的。随着高度的增加，大气中水汽含量急剧减少，300～1000GHz中的氧气吸收线收稿日期：1998—12一02；修订目期：1999一04—26基金项目：本工作得到863航天领域应用有关项目的资助。作者简介：陈洪滨，男，1960年4月出生，研究员，主要研究领域是大气辐射传输和微波主被动遥感。万方数据50遥感技术与应用第14卷“高”出水汽的吸收，这些吸收线可用

6、于遥感中高层大气的温度廓线n，。图1给出4个高度(o，2，4，8km)至大气层顶(60km)的透过率，根据Lieben3模型和标准大气模式计算所得。由图可见，在110～300GHz范围内有两个大气窗口，一个在150GHz左右，另一个在220GHz附近}这两个窗口可用于微波被动遥感地表海表。300GHz以上，根据现有模式似乎不存在可用于地表和海表探测的大气窗口。但在5km以上，由于水汽量少，大气层有一些300GHz以上波段的较透明窗，这些高频上对流层窗对探测大气中的高云(即卷云)是有用的。需要指出的是，110GHz以上微波大气吸收和辐射以及海地表比辐射率的测量工作，

7、见于报道的很少。’33。随着高频微波辐射计不断研制出来，这方面的工作会得到加强。O．08knl美国标准大气翊穴、＼＼／，——淤．弋、删、，弋1fr、f^＼／门l●届11fl／0／lf}、弋

8、I／厂＼＼l^‘f＼I儿’＼l^2knl＼l、A1．I、^、}世rf频率(GHz)圈1微波1∞～l咖GH刈受段的大气透过率谱2高频水汽吸收线附近通道反演水汽廓线目前已使用183-3GHz附近通道反演水汽廓线，其优点是：①22．235GHz水汽吸收线太弱，只能用于大气水汽柱总量的遥感，而不能用于反演水汽廓线；②大大提高空间分辨率，与22·235GHz相比可减少FOV近9倍；③具有

9、测卷云的潜力；④对测量降水可提供有用的信息。具有代表性的仪器有：AMSU—A／B(NoAA，EOS)∞、SSM／T一2(DMSP)∞及MMS(METEOsAT)∞3。AMSU—B和SSM／T一2已上天，MMS是欧洲第二代地球静止气象卫星上要携带的，其天线直径是2m。灵敏度更高的辐射计(如Mm：Millimeter—waveImagingRa—diometer)也已研制出来，且都进行了一些机载航空遥感试验。Wang等∞使用MIR在TO一一一一一一

10、

11、万方数据第2翅陈洪滨：利用高频微波被动探测大气51GA／COARE1992年期间的飞行观测资料，进行了水汽廓线反演研究

12、。反演的结