第七章微波辐射计

表1：各种卫星携带的微波辐射计的名称和波段特征
卫星
Nimbus-7 & Seasat-A
美国雨云7号和海洋 卫星A
传感器
SMMR (Scanning Multi-frequency Microwave
Radiometer) [美国] 多频率扫描微波辐射计
DMSP (Defense Meteorological Satel含云中的液
态水
不同波段的微波辐射计有不同的专长和用 途
按测量目的区分，微波辐射计可分为探测 仪和成像仪:
➢ 探测仪主要应用在气象卫星上，波段多选 择在氧气和水汽吸收带和附近频率，用于 测量大气垂直温度和湿度廓线，要求大尺 度低分辨率，通常采用垂直轨道扫描方式
➢ 成像仪主要应用在海洋卫星上，波段（C、 X、K波段）频率通常较低，分辨率要求较 高，通常采用圆锥形扫描方式。
10.7 (v,h) 19.4 (v,h) 21.3 (v,h) 37.0 (v,h) 89.0 (v,h)
6.8 (v,h) 10.7全极化 18.7全极化 23.8 (v,h) 37.0全极化
350 100 200 400 1,000 3,000
75 x 43 51 x 29 27 x 16 32 x 18 14 x 8 6x4
89.0 5km 3,000
1.1K
表4：AMSR Characteristics
Frequency(GHz)
6.9 10.65 18.7 23.8 36.5 89.0 50.3 52.8
Ground Resolution
50km
25km
15km
Bandwidth (MHz)
350 100 200 400 1,000
Radiometer for EOS) EOS携带的日本高级微波扫描辐射计
TMI (TRMM Microwave Imager) 热带降雨测量任务（Tropical Rainfall Measuring Mission）微波成像仪
WindSat
6.925 (v,h) 10.65 (v,h) 18.7 (v,h) 23.8 (v,h) 36.5 (v,h) 89.0 (v,h)
图1 卫星观测的圆锥形扫描几何的示意图
卫星观测方向与垂线的夹角θ被称为卫星的 天顶角（zenith angle）或观测角（view angle），微波辐射计接收到的海面辐亮度 的大小受观测角θ影响很大。
对被动微波雷达（辐射计），人们通常称θ 为观测角；对主动微波雷达（高度计和散 射计），人们通常称θ为入射角（incidence angle）。为了方便，有时统称之为观测角 或者入射角。
0.3K - 1.0K
Quantization
12bit
10bit
5km 3,000
10 200 400
Vertical
2K
理论和实验表明，在6 GHz附近，盐度对卫星 传感器探测到的亮温的影响很小，卫星传感器 探测到的亮温Tb对海表面温度Ts非常敏感，即 变化率dTb/dTs比较大；在6 .63GHz 波段和49 度观测角附近，在垂直极化状态通道探测的亮 温几乎与风速无关。
地球表面的自发辐射的微波能量水平比热红外 波段还低，这就要求微波辐射计的设计水平和 工艺水平更高，以达到足够的灵敏度；
电磁波波长远大于大气所含粒子的粒径，散射 的贡献不是很大；微波能够穿透较薄的云层， 故被称为全天候卫星探测器
影响微波探测的因素
水汽和氧气的吸收、海表面的粗糙度、电离 层、宇宙背景微波辐射等；
6.925 10.65 18.7 23.8
50km
25km
350
100
200 400
horizontal and vertical
55 deg.
less than -20 dB
more than 1,450 km
2.7-340K
1K
0.3K
0.6K
12bit 10bit
36.5 15km 1,000
表2 SSM/I对地球物理参数观测使用的波段
传感器
地球物理参数
使用的波段 (GHz)
SSM/I (DMSP)
海表面温度
19.35v, 19.35h, 22.235v, 37.0v, 37.0h D-矩阵方法反演SST
海表面风速
19.35v, 22.235v, 37.0v, 37.0h D-矩阵方法反演海表面风速
Polarization
horizontal and vertical
Inclination
About 55 deg
Cross polarization
under -20dB
Swath
1,600km
Dynamic Range
2.7-340K
Precision
1K
Sensitivity [NEΔT(K)]
水汽 冰云、冰、雪
19.35v, 22.235v, 37.0v 85.5v, 85.5h
植被监测
19.35v, 19.35h
表3 AMSR-E Characteristics
Frequency(GHz) Ground Resolution Bandwidth (MHz) Polarization Inclination Cross polarization Swath Dynamic Range Precision Sensitivity [NEΔT(K)] Quantization
美国国防气象卫星
SSM/I
(Special Sensor Microwave/Imager) [美国]专用传感器微波成像仪
频率(GHz)
6.63 (v,h) 10.69 (v,h) 18.00 (v,h) 21.00 (v,h) 37.00 (v,h)
19.35 (v,h) 22.235 (v) 37.00 (v,h) 85.50 (v,h)
带宽(MHz)
250 250 250 250 250
500 500 2000 2000
分辨率(km)
121 74 44 38 21
41 36 22 10
EOS-PM (Aqua) 美国
JERS-1 日本
Coriolis 美国NAVY
AMSR-E (Advanced Microwave Scanning
第八章 微波辐射计
2010.4.30
§8.1 微波辐射计
（Microwave Radiometer）
8.1.1 微波辐射计简介
8.1.2 在微波波段的辐射传输方程
§8.1.1 微波辐射计简介
微波波段范围：1mm-1m，0.3-300GHz
图0： 太阳和 地球自 发辐射 的辐照 度随波 长的分 布