第九章 微波辐射计
微波辐射计名词解释
微波辐射计名词解释
嘿，朋友们！今天咱来聊聊微波辐射计这个神奇的玩意儿。
你说啥是微波辐射计呀？简单来说，它就像是一个超级敏感的“温度探测小精灵”！你可以把它想象成一个特别厉害的耳朵，能听到微波世界里那些细微的声音呢。
微波辐射计能干嘛呢？它可了不起啦！它可以测量物体发出的微波辐射强度，然后通过一系列复杂又神奇的运算，告诉我们关于这些物体的各种信息。
比如说，它能帮我们了解大气的温度、湿度、水汽含量等等，就好像它是大气的知心好友，啥都知道！
这不就跟咱人一样嘛，有的人擅长发现别人的情绪，微波辐射计就是专门发现微波世界里各种状况的小能手呀！它在气象领域那可是大功臣呢。
有了它，天气预报就能更准确啦，咱出门就知道该带伞还是该晒太阳咯。
你想想，要是没有微波辐射计，那气象学家们不就像没了眼睛一样，对大气的情况摸不着头脑啦？它就像是一个默默工作的小卫士，在背后为我们的生活保驾护航呢。
而且啊，微波辐射计还在很多其他领域发挥着重要作用呢。
在海洋研究中，它能帮助我们了解海水的温度变化；在天文学中，说不定它正帮着科学家们探索宇宙的奥秘呢！
你说它厉不厉害？就像一个万能钥匙，能打开好多知识的大门。
它的存在让我们对这个世界的了解更加深入、更加准确。
所以说呀，微波辐射计可真是个宝贝呀！咱可不能小瞧了它。
它虽然不声不响地工作着，但却给我们的生活带来了这么多的好处。
以后再听到微波辐射计这个名字，可别觉得陌生啦，要知道，它可是一直在为我们默默奉献着呢！它就像是一个低调的英雄，虽然不常被提及，但却无比重要！你们说是不是呀？。
微波辐射计的设计原理与应用
微波辐射计的设计原理与应用微波辐射计是一种用于测量微波辐射强度的仪器，其设计原理基于微波辐射的电磁波特性。
微波辐射计广泛应用于气象、通信、雷达、卫星通信等领域，用于测量和监测微波辐射强度，为相关领域的研究和应用提供关键数据。
微波辐射计的设计原理主要基于微波辐射的特性和电磁波的测量原理。
微波辐射是一种电磁波，具有特定的频率范围和波长。
微波辐射计通过接收微波辐射，将其转化为电信号进行测量和分析。
微波辐射计通常由天线、接收机、信号处理器和显示器等组件组成。
天线用于接收微波辐射，并将其转化为电信号。
接收机接收天线传输的电信号，并对信号进行放大和处理。
信号处理器用于进一步处理和分析信号，提取出所需的微波辐射强度数据。
显示器用于显示测量结果。
微波辐射计的应用非常广泛。
在气象领域，微波辐射计用于测量大气中的微波辐射强度，以了解大气中的水汽含量、云层特性等，对天气预报和气候研究具有重要意义。
在通信领域，微波辐射计用于测量和监测无线电通信中的微波辐射强度，以保证通信质量和安全性。
在雷达领域，微波辐射计用于测量和监测雷达系统中的微波辐射强度，提供数据支持和性能评估。
在卫星通信领域，微波辐射计用于测量和监测卫星通信中的微波辐射强度，以保证卫星通信质量和稳定性。
值得注意的是，微波辐射计的设计和应用需要考虑多种因素。
首先，天线的选择和设计对于微波辐射的接收至关重要，不同频率和波长的微波辐射可能需要不同类型的天线。
其次，接收机和信号处理器的性能和精度直接影响测量结果的准确性和可靠性。
此外，环境因素如温度、湿度、干扰等也会对测量结果产生影响，因此需要进行相应的校准和补偿。
微波辐射计是一种用于测量微波辐射强度的仪器，其设计原理基于微波辐射的电磁波特性。
微波辐射计广泛应用于气象、通信、雷达、卫星通信等领域，用于测量和监测微波辐射强度，为相关领域的研究和应用提供关键数据。
微波辐射计的设计和应用需要考虑多种因素，包括天线选择、接收机性能、环境校准等。
微波辐射计工作原理
微波辐射计工作原理介绍微波辐射计微波辐射计是一种测量微波辐射的设备。
它的工作原理是基于微波辐射与物质相互作用的规律。
微波辐射计广泛应用于气象、海洋、环境等领域，以及工业应用中的电磁辐射检测、安防等场合。
本文将从工作原理的分类入手，为您详细解释微波辐射计的工作原理。
根据微波辐射计的测量类型，可以把其工作原理分为：微波辐射亮度温度计、微波辐射探测器和微波辐射 GPM(DPR)。
一、微波辐射亮度温度计的工作原理微波辐射亮度温度计是一种用于测量地表和大气中的微波辐射温度的设备。
其工作原理是通过接收地表或大气中的微波辐射，然后将微波辐射转换成电信号进行测量。
微波辐射亮度温度计通常包括一个天线、一个前置放大器、一个减少剪切带影响的滤波器、一个线性功率放大器和一个检波器。
在工作流程中，微波辐射亮度温度计首先通过一组天线接收微波辐射，并转化为电信号，然后通过一个前置放大器增强信号的强度，进一步将信号经过滤波器进行去除杂音处理。
接下来，经过线性功率放大器处理后，信号将被检测器检测并解析成相应的辐射亮度温度。
最后，温度信息将根据用户需要，被传输到记录设备或显示屏上进行分析或打印。
二、微波辐射探测器的工作原理微波辐射探测器是一种用于检测微波辐射的设备。
它的工作原理是通过微波辐射发射器的发送信号，经过反射后被接收到探测器上，并转换为电信号进行分析，进而计算出与微波辐射相关的信息。
微波辐射探测器的工作流程是通过微波辐射发射器向目标发出一定频率的微波辐射。
发射器发出的微波辐射将被反射回来，然后被接收器接收，转换为电信号，并经过数字信号处理后，将被解码并显示微波辐射的相关信息，如目标的距离、轮廓、速度和角度等。
三、微波辐射 GPM(DPR)的工作原理微波辐射 GPM(DPR)是一种测量降雨的设备，可以通过微波辐射的反射来分析降雨的强度、空间分布和降雨面积等。
其工作原理是通过发送微波辐射信号，利用目标的反射回波信息，观测微波辐射信号的反演过程，并通过计算反演回波的形成参数，进而分析大气中的水含量和降雨的强度。
微波辐射计应用场合与任务资料
目录1微波辐射计应用场合与任务 (1)2微波辐射计组成与关键技术 (2)3微波辐射计研究热点与趋势（星载微波辐射计） (6)4关于微波辐射计发展的思考建议 (8)参考文献 (9)微波辐射计（英语：microwave radiometer，缩写为“MWR”）也称为“微波辐射仪”，是一种用于测量亚毫米级到厘米级波长（频率约为1-1000GHz）的电磁波（微波）的辐射计。
微波辐射仪能接收大气中的某些成分在一定频率上强烈辐射的微波，经过一定的转换方法，得到大气在垂直和水平方向上的气象要素分布，并且还可以探测到云状、云高以及目力无法观测到的晴空湍流。
此仪器携带方便，可增加探空网在时间和空间上的密度，能观测到大气的连续变化，不致漏掉范围较小但变化剧烈的天气系统。
微波辐射计是一款被动式微波遥感设备，微波遥感起步晚于可见光和红外遥感。
但相对于可见光和红外遥感器而言，微波辐射计能全天候、全天时工作。
可见光遥感只能在白天工作，红外遥感虽可在夜晚工作，但不能穿透云雾。
微波辐射计主要用于中小尺度天气现象，如暴风雨、闪电、强降雨、雾、冰冻及边界层紊流。
对于短时间内生成或消散的中小尺度天气灾害，虽然只是地区性的，但部分事件危害性较大。
在目前中尺度天气现象监测过程中，探空气球和天气雷达是常用的手段。
探空气球会受到使用时间和空间的限制；天气雷达资料基本局限于降雨过程无降水时的欠缺；在离地面5公里范围内卫星遥感数据存在较大的误差。
被动式地基微波辐射计的出现，填补上述研究方法监测方面的空白，是其有效的补充手段。
微波辐射具有独立工作能力，能在几乎各种环境条件工作，非常适合于自动天气站。
用于反演完整的大气廓线，反演数据和原始数据全部保存。
提供完备的顾客定制或全球标准算法。
主要应用如下：对流层剖面的温度、湿度和液态水，天气和气候模型研究，卫星追踪（GPS，伽利略）湿/干延迟和湿度廓线，临近预报大气稳定性（灾害性天气检测），温度反演检测、雾、空气污染，绝对校准云雷达，湿/干延迟改正VLBI技术。
微波辐射计应用场合与任务
目录1微波辐射计应用场合与任务 (2)2微波辐射计组成与关键技术 (3)3微波辐射计研究热点与趋势（星载微波辐射计） (7)4关于微波辐射计发展的思考建议 (9)参考文献 (10)微波辐射计（英语：microwave radiometer，缩写为“MWR”）也称为“微波辐射仪”，是一种用于测量亚毫米级到厘米级波长（频率约为1-1000GHz）的电磁波（微波）的辐射计。
微波辐射仪能接收大气中的某些成分在一定频率上强烈辐射的微波，经过一定的转换方法，得到大气在垂直和水平方向上的气象要素分布，并且还可以探测到云状、云高以及目力无法观测到的晴空湍流。
此仪器携带方便，可增加探空网在时间和空间上的密度，能观测到大气的连续变化，不致漏掉范围较小但变化剧烈的天气系统。
微波辐射计是一款被动式微波遥感设备，微波遥感起步晚于可见光和红外遥感。
但相对于可见光和红外遥感器而言，微波辐射计能全天候、全天时工作。
可见光遥感只能在白天工作，红外遥感虽可在夜晚工作，但不能穿透云雾。
微波辐射计主要用于中小尺度天气现象，如暴风雨、闪电、强降雨、雾、冰冻及边界层紊流。
对于短时间内生成或消散的中小尺度天气灾害，虽然只是地区性的，但部分事件危害性较大。
在目前中尺度天气现象监测过程中，探空气球和天气雷达是常用的手段。
探空气球会受到使用时间和空间的限制；天气雷达资料基本局限于降雨过程无降水时的欠缺；在离地面5公里范围内卫星遥感数据存在较大的误差。
被动式地基微波辐射计的出现，填补上述研究方法监测方面的空白，是其有效的补充手段。
微波辐射具有独立工作能力，能在几乎各种环境条件工作，非常适合于自动天气站。
用于反演完整的大气廓线，反演数据和原始数据全部保存。
提供完备的顾客定制或全球标准算法。
主要应用如下：对流层剖面的温度、湿度和液态水，天气和气候模型研究，卫星追踪（GPS，伽利略）湿/干延迟和湿度廓线，临近预报大气稳定性（灾害性天气检测），温度反演检测、雾、空气污染，绝对校准云雷达，湿/干延迟改正VLBI技术。
微波辐射计遥感测量大气水汽含量和液态水含量
微波辐射计遥感测量大气水汽含量和液态水含量近年来随着遥感技术在大气物理学领域的发展，被用作大气水汽含量以及液态水含量的测量已经变得更加重要。
在过去，微波辐射计是被广泛应用于大气水汽含量和液态水含量测量的有效工具。
本文主要研究微波辐射计遥感在大气水汽含量以及液态水含量测量的机理和应用。
微波辐射计是一种特殊的遥感仪器，它可以测量大气中的水汽和液态水含量，它能够从不同频率的微波线束获取信号。
微波辐射计同样也可以测量大气中液态水含量，所以它能够同时获取大气水汽和液态水含量的信息。
微波辐射计在大气水汽和液态水测量方面具有许多优势，它可以测量液态水含量和大气水汽含量，而且它的数据收集速度比传统的气象仪器快得多。
另外，微波辐射计的测量数据可以用来反演大气中大气水汽和液态水含量的信息。
反演是指将多源辐射和反射辐射数据转换为地表特性的过程，通过反演，就可以推断大气中大气水汽和液态水含量的数据。
另外，微波辐射计可以提供空间分辨率和深度分辨率很高的测量数据，因此可以更好地反映大气中液态水含量的变化，它们在进行水汽测量方面能够获得更准确的结果。
微波辐射计在大气水汽含量和液态水含量测量方面有很多优势和应用，首先，它可以快速测量大气水汽和液态水含量，不受地形的限制，能够从较远的距离获取信号；其次，它能够提供空间分辨率和深度分辨率更高的测量数据；最后，它可以提供高精度的测量结果，从而使科学家可以更准确地估计大气水汽含量和液态水含量。
因此，微波辐射计遥感测量大气水汽含量以及液态水含量是一项非常重要的研究方向，它具有快速、精确、可靠以及全面覆盖等优点，在大气物理学领域有着广泛的应用。
未来，将延续研究新的微波辐射计算法，以更好地反映大气水汽和液态水含量变化，以期达到更精确的测量结果。
综上所述，微波辐射计遥感测量大气水汽含量和液态水含量的机理和应用非常重要，它被用于不同的大气水汽和液态水物理学研究中，在反演大气中大气水汽和液态水含量的研究领域中也有着重要的应用。
微波辐射计的工作原理
微波辐射计的工作原理
首先，微波辐射计的接收器用于接收周围的微波辐射。
接收器通常由
一根长天线构成，它可以接收到从周围物体辐射出来的微波辐射。
微波辐
射的频率通常在1到300GHz之间。
接下来，接收器将接收到的微波辐射转化为电信号。
这是通过将微波
辐射能量转化为电磁能量来实现的。
特别是，微波辐射的电磁波与接收器
内的电磁场相互作用，从而在接收器内部产生感应电流。
这个感应电流被
传输到接收器后面的探测器。
然后，通过放大器对感应电流进行放大。
由于微波辐射的信号较弱，
所以需要使用放大器将信号放大到可测量的范围。
放大器通常由一个或多
个晶体管组成，它们可以增加信号的幅度。
最后，微波辐射计的探测器进行测量。
探测器用于测量放大后的电信
号的强度和频率。
探测器通常由一个或多个传感器组成，它们可以测量电
信号的强度和频率，并将这些数据转化为可读的数字或图形。
除了这些基本的工作原理之外，微波辐射计还可能包括其他组件和功能，如滤波器、校正器、电源等。
滤波器可以用于过滤掉非微波辐射的噪声。
校正器可以用于校正仪器的测量误差。
电源则为微波辐射计提供所需
的电能。
总之，微波辐射计的工作原理主要包括接收微波辐射、转化为电信号、放大和测量等步骤。
通过这个过程，微波辐射计可以精确地测量和检测周
围的微波辐射能量，以实现对微波辐射的监测和分析。
微波辐射计的原理应用
微波辐射计的原理应用1. 简介微波辐射计是一种用于测量大气中微波辐射能量的仪器。
它基于微波辐射与大气中的水汽、气溶胶等物质的相互作用而工作。
本文将探讨微波辐射计的原理和应用领域。
2. 原理微波辐射计的原理基于以下几点：2.1 微波辐射的产生微波辐射是指电磁波频率范围在300 MHz到300 GHz之间的波长。
微波辐射可由天体、地表和大气等产生，其中大气中的微波辐射主要来自太阳辐射、地表反射和大气散射。
2.2 微波辐射与大气的相互作用微波辐射在大气中与水汽和气溶胶等物质相互作用，产生吸收、散射和反射等现象。
这些相互作用受大气中的温度、湿度、气压等因素影响。
2.3 微波辐射计的测量原理微波辐射计通过向大气发送微波辐射，并测量其经过大气后的剩余能量来确定大气中的水汽含量、云的特性以及地表温度等。
测量原理基于微波辐射在大气中吸收和散射的特性。
3. 应用领域微波辐射计在以下领域有广泛的应用：3.1 大气科学研究微波辐射计可用于观测大气中的水汽含量、云的特性和温度等参数。
这对于气象预报、气候研究和大气模型验证等方面具有重要意义。
3.2 地表监测通过测量微波辐射在地表的反射和散射特性，可以获得地表的温度、植被覆盖度、土壤湿度等信息。
这对于农业、生态环境和水资源管理等方面具有重要应用价值。
3.3 卫星遥感微波辐射计可以搭载在卫星上，利用微波波段的辐射进行地球观测。
通过卫星遥感技术，可以实时、全球范围内获取大气和地表的微波辐射信息，为气象学、地球科学和环境监测等领域提供数据支持。
3.4 水文水资源监测微波辐射计可以用于监测水文水资源，例如测量大气中的水汽含量，预测降雨量和雪深等。
这对于水资源管理、洪涝灾害预警和水文模型的建立等有重要意义。
3.5 太空通信微波辐射计可以用于研究和优化卫星通信系统中的微波信号传输。
通过测量和分析大气中的微波辐射特征，可以提高卫星通信系统的可靠性和性能。
4. 总结微波辐射计是一种重要的大气和地球观测仪器，应用广泛。
不同天气条件下微波辐射计温度探测效果评估
不同天气条件下微波辐射计温度探测效果评估随着气候变化的加剧和人们对天气猜测的需求增加，对温度探测技术的探究也变得尤为重要。
微波辐射计作为一种被广泛应用于气象观测领域的温度探测技术，具有非接触、快速、大范围、高精度等优点，因此备受关注。
然而，微波辐射计的温度探测效果受到天气条件的影响，因此本文对不同天气条件下微波辐射计温度探测效果进行评估与分析，旨在提高其准确性和可靠性。
一、微波辐射计基本原理微波辐射计是通过测量地球大气层中微波辐射的强度来推算温度的一种仪器。
其基本原理是利用地球大气层中氧气、水蒸气等分子对微波辐射的吸纳特性，推算出大气的温度分布。
二、不同天气条件对微波辐射计温度探测的影响1. 晴天在晴朗的天气条件下，微波辐射计的温度探测效果较好。
因为此时大气中的云量较少，水蒸气的含量较低，吸纳微波辐射的程度较小，所以对温度的猜测较为准确。
2. 阴天在阴天的条件下，云层会遮挡太阳的辐射，导致地表温度的变化变得较为缓慢。
此时，微波辐射计的温度探测精度可能会受到一定程度的影响。
因为云层能够吸纳和散射微波辐射，使得微波辐射计接收的有效信号缩减，因而可能导致温度的误差增加。
3. 雨天在雨天的条件下，微波辐射计的温度探测效果会受到严峻的影响。
雨滴对微波辐射的散射和吸纳作用较大，导致微波辐射计接收信号的减弱和变形，从而使得温度的测量结果产生较大的误差。
4. 雾天在雾天的条件下，由于水汽的含量较高，微波辐射计的温度探测效果会受到明显的干扰。
水蒸气对微波辐射的吸纳能力较强，会引起传感器接收信号的衰减，从而影响温度的测量精度。
三、提高微波辐射计温度探测效果的措施1. 接受多波段的观测技术多波段的观测技术可以对不同频率的微波辐射进行测量与比较，由此推算出大气层的温度分布。
这种方法可以有效地降低云层、雨滴和雾气等物质对微波辐射的吸纳和散射作用，从而提高温度的测量准确性。
2. 引入数据同化技术数据同化技术是一种通过将观测结果与模型结果相结合，对数据进行修正和校正的方法。
热红外辐射计和微波辐射计
3.风速风向（平静海面和粗糙海面的发 射率模型）
3.热红外辐射计
3.1 分类与特点 可见光和近红外辐射计（6000K）
红外辐射计 热红外辐射计（300K）
可见光与近红外信号强
热红外信号波长大，易衍射，不易受烟尘、雾、 气溶胶的影响
89.0 5km 3,000
1.1K
AMSR-E观测的全球海表面温度
微波辐射计
微波辐射计
4.2微波波段辐射传输方程
辐射传输方程的微分形式
dL(z) dz
LB
(z)kab
L(z)kab
L（z）是在位置z处的辐亮度； kab是在传输路径上介质的吸收系数； L（z）kab是因大气中吸收气体的吸收而衰减的辐亮度； LB（z）是与吸收气体温度相同的黑体发射的辐亮度
代入 L(T、l) （e T、l）LB (T、l)
得：
TB eTSST TB : 海面亮温（Brightness Temperature) TSST : 海面真实温度（Sea Surface Temperature)
基本原理
TB eTSST 发射率e( , f , ,Ts , Ss ,U10,)
0.9 0.8
30℃ 0.7 0.6 0.5
实线--35‰ 盐水 虚线--纯水
30℃
0℃
ρ
H,V
0.4 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 频率f (GHz)
微波辐射计
微波测量海表面盐度： 首选辐射计频率是L波段1.4GHz 首选极化状态是垂直极化 首选观测角是0～10度 在此条件下，天线探测的亮温几乎不受海面风速 和海浪的影响
微波辐射计在测绘技术中的应用与限制分析
微波辐射计在测绘技术中的应用与限制分析引言测绘技术在现代社会中扮演着重要的角色，成为城市规划、环境监测、农业科研等领域不可或缺的工具。
而微波辐射计作为测绘技术中的一种重要仪器，具有其独特的应用和限制。
本文将就微波辐射计的应用以及在测绘技术中的限制进行分析。
一、微波辐射计的应用1. 地表覆盖类型分类微波辐射计可以通过测量地表反射的微波辐射来实现对地表覆盖类型的分类。
由于不同地表覆盖类型对微波辐射的反射特性各异，利用微波辐射计可以根据反射数据进行地表覆盖类型的判别。
通过这一技术，可以实现对城市建设、林业监测、农作物生长等方面的精确测绘。
2. 地表细微地貌特征提取微波辐射计在细微地貌特征的提取方面有着独特的应用优势。
由于微波辐射能够穿透云层和植被，可以利用微波辐射计进行地质构造、地表沉降等方面的测绘，为地质灾害预警和环境保护提供重要数据支持。
3. 水体测量微波辐射计可以通过测量水体反射的微波辐射来实现对水体的测量。
由于水体对微波辐射的吸收特性较强，利用微波辐射计可以测量河流流速、水体温度等重要参数。
这对于洪水预警、水资源管理等方面具有重要意义。
二、微波辐射计在测绘技术中的限制1. 分辨率限制微波辐射计在测绘技术中的应用受到分辨率限制。
由于微波辐射波长较长，像素的分辨率相对较低，导致在测绘过程中无法获取到细微地貌特征信息。
这对于城市规划、农作物生长的精确测绘造成一定的限制。
2. 雨雪天气影响微波辐射计在雨雪天气下的表现较差。
由于雨雪对微波辐射的吸收特性较强，微波辐射计的性能会受到严重干扰，导致测绘结果的误差增加。
因此，在雨雪天气下使用微波辐射计进行测绘需谨慎。
3. 仪器复杂性与维护成本微波辐射计作为一种高精度的测绘仪器，其仪器复杂性较高，需要专业的技术人员进行操作和维护。
同时，维护微波辐射计所需的成本也较高，如设备维修、校准等费用相对较高。
这给一些资源有限的地区或机构带来了一定的压力。
结论尽管微波辐射计在测绘技术中存在一定的应用限制，但其仍然发挥着重要的作用。
微波辐射计概念及原理介绍
微波辐射计概念及原理介绍大气探测能够提供气候研究领域的重要信息，随着大气探测技术的不断发展，人们在工作、生活中对大气探测的各种要求也越来越严格。
目前的大气观测主要是通过探空气球、无线电探空仪、气象火箭以及微波辐射计等技术手段来对大气进行测量。
我国在气象探测领域仍主要依靠传统的气象站，一般是通过探空气球，由于探空气球会深入到真实的大气环境中去，所以测量值比较可信，但是这种方式往往受到时间、地点的限制问。
而在各种观测手段中，遥感技术是最便捷、成本最低、可全天候不间断观测的一种方式。
遥感探测是利用遥感设备来探测一定距离外的物理化学过程或目标，这种方式可在不直接接触目标的情况下获取人们所需的观测信息。
微波辐射计就是一种典型的无源遥感探测装置,能够测量亚毫米级至厘米级波长的电磁辐射，并且只是一个接收大气辐射的仪器”。
微波辐射计的主要优势如下：（1）相比于探空气球等设备，可长时间不间断工作，能够采集到任何时刻的分钟级数据，并且操作便捷、无需人工值守；（2）相比于探空雷达等设备，因为无需发射探测信号，所以保密性较强，不存在辐射污染，对于军事领域的大气参数测量、精确预报和动态监测具有重要的意义，且成本较低；（3）相比于卫星遥感等手段，低空垂直分辨率较高，有效避免了由于云层遮挡和强吸收作用造成的卫星遥感对对流层底部探测性能较差的问题”。
处于工作状态时，微波辐射计能够接收不同高度层的大气在不同频率上微波辐射在测出大气微波的辐射强度后，经过自身的运算处理，即可得到大气在垂直方向上的气象要素分布，即大气温湿廓线(大气中温度、相对湿度、水汽密度等信息与海拔高度的变化关系曲线)，并且还可以得到云状、云高等多种参数"”。
大气温湿廓线提供的信息对人们有重要的使用价值，可满足日常生活、工作中的多种需求，而微波辐射计测得的大气辐射强度用亮度温度（简称亮温，描述了物体的辐射强度）来表示，亮度温度并不能直接反映出天气状况，需要对其进行更进一步的运算。
第九章 微波辐射计 卫星海洋学课件
4、选择垂直极化状态下的1.4GHz 通道，如果观测角是0～10 度，那么海表面风速和海浪的影响可以忽略。可能的理论解 释是，在L波段和垂直观测的条件下，使风浪影响起作用的 关于微波波长和海浪波长之间的布喇格散射条件不能满足。
粗糙海面的微波发射率
e M1U10
U10 U1 7m / s
e
M1U10
0.5(M 2
M1（) U10
U1）2 （/ U 2
U
）
1
U1
U10
U2
e M 2 U10 0.5(M 2 M1 )(U1 U 2 )
U10 U 2 12m / s
在48°< θ <55°，风所引起的海面发射率变化∆e
e M1U10
风速的影响
观测表明在L波段1.4GHz和40度观测角，风 速每增加1m/s，则辐射计接收到的亮温增 加十分之几摄氏度；具体误差的大小还与 观测角、极化方式、海表面温度和盐度的 大小有关。观测还表明，在C、X、Ku和Ka 波段和49度观测角，1m/s的风速变化可能 导致0.5K～1.5K的亮温误差。
00
W（k,φ, Φ）是风浪方向谱 , gh和gv分别代表根据小斜率近似理论导出的在水平 和垂直极化条件下的权重因子 .
§9.2.4 海面发射率的SSM/I算法
根据德拜方程可知，平静海面的发射率是海水温度、盐度、
电磁波极化状态和观测角的函数。根据基尔霍夫定律和菲 涅耳反射率的图示可知，当辐射计频率超过5GHz时，平 静海面的菲涅耳反射率ρ和发射率与海表面盐度无关。多 项式拟合
D-矩阵方法
使用多通道探测技术和D-矩阵方法，反演 SST和海表面风速能够获得更高的精度。
微波辐射计的工作原理
微波辐射计的工作原理
微波辐射计通过测量微波辐射的能量来估算环境中的辐射水平。
它的工作原理基于辐射通过天气、云层和大气等环境因素的衰减。
微波辐射计向大气发射微波辐射并接收反射回来的辐射，然后通过分析反射回来的辐射强度和频率分布特征，来确定环境中的辐射水平。
在微波辐射计工作时，通常需要准确控制微波辐射的频率和功率，并使用高灵敏度的接收器来感知反射回来的辐射。
此外，还需要对微波辐射计进行校准，以确保其准确测量环境中的辐射水平。
第九章 微波辐射计
41
美国国防部DMSP系列卫星装载的专用传感器微波 成像仪SSM/I使用D-矩阵方法反演SST的SSM/I算 法 1 T (19.4V ) B TB (19.4 H ) SST _ SSM/I [ D0 D1 D2 D3 D4 D5 ] TB (22.2V ) T (37V ) B TB (37 H )
第九章 微波辐射计 （Microwave Radiometer）
1
第一节 微波辐射计
一、 微波辐射计简介 二、 在微波波段的辐射传输方程
第二节 海面的微波发射率
一、 平静海面的微波发射率 二、 粗糙海面的微波发射率 三、 基于小斜率近似的海面发射率模型 四、 海面发射率的SSM/I算法
第三节 海面物理参数的遥感 第四节 雷达
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亮温变化
0
亮温变化
10
海面亮温变化随观测方位角变化曲线(小天顶角)
38
T ( ) (eh ev ) Ts Th ( ) Tv ( ) ( ) U10
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亮温变化
双极化L波段微 波辐射计在较小 天顶角条件下探 测的海面亮温变 化与风向无关
四、海面发射率的SSM/I算法
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SSM/I (DMSP)
海面风速
水汽 冰云、冰、雪 植被监测
AQUA/AMSR-E技术特征
频率(GHz) 地面分辨率 带宽 (MHz) 极化 倾角 刈幅 6.925 10.65 18.7 23.8 36.5 15 km 1,000 89.0 5 km 3,000
50 km 350 100
25 km 200 55° ≥ 1450 km 400
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第四节 雷达
一、 雷达的波束宽度 二、 天线的方向参数 三、 辐亮度与温度的关系 四、 天线的传输函数
2
第一节 微波辐射计
一、微波辐射计简介
被动探测器： 被动探测器：接收地球表面发出的辐射 主动微波雷达－散射计、 主动微波雷达－散射计、高度计和合成孔径 雷达 全天候探测器： 全天候探测器：微波能穿透云层 可探测物理量： 可探测物理量： 海表面温度、盐度、风速、 海表面温度、盐度、风速、大气垂直温度和 湿度剖面、 湿度剖面、大气中水汽含量和可降水量
3
星载微波辐射计及其特征星载微波辐射计及其特征-1
卫星 传感器 波段(GHz)/通道 通道 波段 6.63/v, h 美国Seasat-A 美国 & Nimbus-7 多频率扫描微 波辐射计 SMMR 5波段 波段 9通道 通道 10.69/h 18.0/v, h 21.0/v, h 37.0/v, h 19.35/v, h 美国国防气 专用传感器微 象卫星DMSP 波成像仪 波成像仪SSM/I 象卫星 4波段 波段 7通道 通道 22.235/v 37.0/v, h 85.5/v, h 6.925/v, h 10.65/v, h 美国EOS美国 PM(Aqua) 日本高级微波 扫描辐射计 AMSR-E 6波段 波段 12通道 通道 18.7/v, h 23.8/v, h 36.5/v, h 89.0/v, h
：卫星观测天顶角 e ：海面发射率 Ts ：海表面温度 eTs ：海面亮温 高度z处大气温度 T ( z ) ：高度 处大气温度 kab ：大气吸收系数 t 海面0到高空h间大气层的透射率 ：海面0到高空 间大气层的透射率
θ
t (0, h) = exp[ −τ (0, h) sec θ ]
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考虑更多辐射源
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DMSP/SSM/I对地球物理参数观测使用的波段 对地球物理参数观测使用的波段
传感器 地球物理参数
海表面温度
使用的波段 (GHz)
19.35(v, h), 22.235v, 37.0(v, h) D-矩阵方法反演SST 19.35v, 22.235v, 37.0(v, h) D-矩阵方法反演海面 风速 19.35v, 22.235v, 37.0v 85.5v, 85.5h 19.35(v, h)
e0 ：平静海面发射率 ∆e：风引起的海面发射率变化
∆Th ,v = ∆eTs ：风引起的海面亮温变化
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直接发射率模型基于小斜率近似
Irisov (1998): 小扰动近似 小斜率近似
海面发射率(小扰动近似 Wu&Fung, 1972) 海面发射率 小扰动近似, 小扰动近似 海面发射率(小斜率近似 小斜率近似, 海面发射率 小斜率近似 Irisov, 2000)
Tb = eTs
海面亮温 粗糙海面 发射率 海表温度
e = e(θ , f , ξ , Ts , S s , U10 , ϕ )
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针对单个通道和某个极化状态的算法 针对单个通道和某个极化状态的算法 单个通道
已知量：海面亮温、微波频率、 已知量：海面亮温、微波频率、极化状态 未知量：海表温度、盐度、 未知量：海表温度、盐度、风速
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风引起的海面发射率变化△ 风引起的海面发射率变化△e
∆e = − ∫ ∫ W (k , ϕ ,Φ )g h ,v ( f ,θ , ϕ , ε r , k ,Φ )dkdΦ
0 0
∞ 2π
g h ,v = ( g h , g v ) ：小斜率近似导出的水平和垂直极化 状态的权重因子 观测方位角(观测方向在海面投影与 ϕ ：观测方位角 观测方向在海面投影与 风向夹角) 风向夹角
……
5
微波辐射计用途
用于气象卫星 大尺度低分辨率 横跨轨道扫描 测量大气垂直温度和湿度剖面 测量目的
探测仪
用于海洋卫星 波段频率较低 分辨率较高 圆锥形扫描 测量海表温度、海表盐度、 测量海表温度、海表盐度、海 面风速、 面风速、大气柱水汽含量
成像仪
6
圆锥扫描几何示意图
微波辐射计接收到的海面辐亮度大小受观测角影响很大 保持观测角为常量以增加探测准确性 保持观测角为常量以增加探测准确性
观测角为0度时， 观测角为0度时，菲涅耳反射率与极化状态无关
24
微波辐射计测量海表面盐度的参数选择
微波频率： 波段 波段1.4GHz 微波频率：L波段 极化状态： 极化状态：垂直极化 观测角 ：0～10° ～ °
L波段、垂直观测条件下： 波段、垂直观测条件下： 波段 亮温不受海面风速和海浪影响
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Tb = e(θ , f , ξ , Ts , S s ,U10 , ϕ )Ts
28
两类发射率模型： 两类发射率模型： 两尺度模型
•粗糙海面的布拉格散射机制、镜面反射机制 粗糙海面的布拉格散射机制、 粗糙海面的布拉格散射机制
粗糙海面: 粗糙海面:海面发射率与海面散射系数关系
e(θ ) = 1 −
π /2
代入瑞利-金斯定律 入瑞利-
L( f ) = (2 f kb / c )T
2 2
16
T (θ , h) = etTs + Tu (θ , h) = etTs + ∫ T ( z )kab ( z )e−τ ( z ,h )secθ sec θ dz
0
h
T (θ , h) ：微波辐射计观测到的亮温 微波辐射计观测到的亮温 Tu (θ , h) ：大气向上辐射的亮温 h ：微波辐射计所在高度
8
影响微波辐射计探测的因素
海表面粗糙度 水汽分子： 水汽分子：吸收微波辐射 电离层 宇宙背景微波辐射
9
微波辐射计接收信号
微波辐射计接收辐亮度（亮温） 微波辐射计接收辐亮度（亮温） 辐亮度＝ 海表面温度 盐度，海面粗糙度， 海表面温度， 辐亮度＝F(海表面温度，盐度，海面粗糙度， 波浪破碎产生的白冠和气泡) 波浪破碎产生的白冠和气泡 6GHz附近：Seasat-A SMMR 附近： 附近 盐度对辐亮度影响很小 辐亮度对海表温度非常敏感 6.63GHz和49 °观测角附近，垂直极化通 观测角附近， 和 道探测的辐亮度与风速无关
Tu = ∫ T ( z )kab exp[−τ ( z , h)sec θ ]sec θ dz
0
h
Td = ∫ T ( z )kab exp[−τ (0, z )sec θ ]sec θ dz
0
h
对于波段选择在氧气或水汽的吸收带和附近频率、 对于波段选择在氧气或水汽的吸收带和附近频率、 用于测量大气参数的微波辐射计： 用于测量大气参数的微波辐射计： 大气层的光学厚度非常大 大气层的透射率非常低
k ,Φ
：积分方向上波浪波数和方向(积分方 积分方向上波浪波数和方向 积分方 向上波浪与主波浪方向夹角) 向上波浪与主波浪方向夹角
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W (k , ϕ ,Φ ) ：极坐标下风浪方向谱
W ( k , ϕ ,Φ )
U 10 , ϕ
∆e
g h , gv
εr
德拜方程
Ts , S s
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小斜率近似海面发射率模型应用举例
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T(θ, h) = etTs +Tu (θ, h)
22
第二节 海面的微波发射率
一、平静海面的微波发射率
根据两介质界面处的基尔霍夫定律， 根据两介质界面处的基尔霍夫定律，
eH (θ ) = 1 − ρ H (θ ) eV (θ ) = 1 − ρV (θ )
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观测角为0度时， 观测角为0度时，菲涅耳反射率随电磁波频率变化曲线
殷晓斌等： 殷晓斌等：平静海面和粗糙海面盐度遥感研究
1、风的影响 、
θ ：卫星天顶角， 卫星天顶角， θ s ：电磁波天顶角
∫ Γ (θ
0
S
,θ ) sin θ S dθ S
Γ ：两尺度天顶角散射系数
镜面反射： 镜面反射：菲涅耳反射率
ρ (θ , ξ , ε r )
29
直接发射率模型
真实海洋微波辐射＝平静海面辐射+ 真实海洋微波辐射＝平静海面辐射+海浪辐射
Tb = eTs = e0Ts + (e − e0 )Ts = e0Ts + ∆eTs
4
V：垂直极化 ： H：水平极化 ：
星载微波辐射计及其特征星载微波辐射计及其特征-2
卫星 传感器 波段(GHz)/通道 通道 波段 6.925/v, h 10.65/v, h 18.7/v, h 日本ADEOS日本 II 高级微波扫描 辐射计AMSR 辐射计 8波段 波段 14通道 通道 23.8/v, h 36.5/v, h 89.0/v, h 50.3/v 52.8/v 10.7/v, h 日本JERS-1 日本 热带降雨任务 微波成像仪 TRMM/MI 5波段 波段 10通道 通道 19.4/v 21.3/v, h 37.0/v, h 89.0/v, h
50 km 350 100
25 km 200 400
V/H 55° ≥ 1450 km 2.7-340K 1K 0.6K 10 bits
12
1.1K
Hale Waihona Puke AQUA/AMSR-E全球海表温度 全球海表温度
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二、在微波波段的辐射传输方程
微波频率 满足瑞利-金斯定律 微波频率<300GHz 满足瑞利 金斯定律 可使用亮温代替辐亮度。 可使用亮温代替辐亮度。 辐射传输方程： 辐射传输方程：
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T (θ , h) = etTs + Tu (θ , h) + ρ tTd + ρ t (Tgal + Tcos + Tsun )
2
ρ
：海面菲涅耳反射率