星載微波探測儀反演大氣參數研究

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 星載微波探測儀反演大氣參數的研究背景 1
1.2 國內外星載微波探測儀的發(fā)展現狀 2
1.2.1 國外星載微波探測儀的發(fā)展 2
1.2.2 國內星載微波探測儀的發(fā)展 4
1.2.3 星載微波探測儀反演大氣溫濕廓線的研究現狀 5
1.3 風云三號D 星微波探測儀介紹 7
1.3.1 MWHTS 7
1.3.2 MWTS-II 10
參考文獻 11
第2章 微波探測儀遙感大氣理論基礎 15
2.1 引言 15
2.2 地球大氣成分和熱結構概述 15
2.2.1 地球大氣分層 15
2.2.2 地球大氣的化學成分 16
2.2.3 壓強和密度的垂直分布 17
2.2.4 地球大氣的熱結構 18
2.2.5 云的微物理特征 18
2.3 大氣輻射傳輸理論 19
2.3.1 Planck黑體輻射定理 19
2.3.2 發(fā)射率和Kirchhoff定律 21
2.3.3 大氣微波輻射傳輸 22
2.3.4 大氣吸收和衰減模式 25
2.3.5 云和雨的散射貢獻 33
2.4 快速輻射傳輸模型 37
2.5 星載微波遙感大氣溫濕廓線原理 41
2.5.1 星載微波探測儀遙感大氣溫度廓線 41
2.5.2 星載微波探測儀遙感大氣水汽廓線 43
iv 星載微波探測儀反演大氣參數研究
2.6 星載微波探測儀反演溫濕廓線方法 44
2.6.1 反演的數學描述 46
2.6.2 *優(yōu)化 46
2.6.3 統(tǒng)計方法 46
2.6.4 物理方法 49
2.6.5 物理統(tǒng)計方法 51
2.7 本章小結 51
參考文獻 52
第3章 MWHTS物理反演大氣溫濕廓線研究 55
3.1 引言 55
3.2 一維變分算法 55
3.2.1 算法原理 55
3.2.2 影響反演精度因素討論 56
3.3 MWHTS物理反演系統(tǒng) 58
3.3.1 數據與模型 58
3.3.2 先驗信息 59
3.3.3 觀測亮溫的偏差校正 60
3.3.4 測量誤差協(xié)方差矩陣 62
3.3.5 反演過程的質量控制 62
3.3.6 MWHTS物理反演系統(tǒng)的反演步驟 62
3.4 反演結果及分析 63
3.4.1 觀測亮溫的偏差校正結果 63
3.4.2 反演結果的驗證與分析 64
3.5 本章小結 69
參考文獻 69
第4章 MWHTS物理反演系統(tǒng)的改進 72
4.1 引言 72
4.2 數據與模型 72
4.3 背景廓線的產生 74
4.3.1 線性回歸反演算法 74
4.3.2 神經網絡反演算法 75
4.4 觀測偏差校正方案 76
4.4.1 掃描偏差校正 77
4.4.2 氣團偏差校正 81
4.5 MWHTS物理反演系統(tǒng)的改進及反演結果分析 85
4.5.1 反演系統(tǒng)的改進及反演流程 85
4.5.2 背景廓線的精度對比 85
4.5.3 觀測偏差校正效果對比 87
4.5.4 觀測偏差校正對反演精度的影響 94
4.5.5 觀測偏差校正方案的穩(wěn)定性評估 95
4.6 本章小結 97
參考文獻 98
第5章 深度神經網絡在MWHTS反演中的應用研究 101
5.1 引言 101
5.2 數據和模型 102
5.3 算法和實驗設計 103
5.3.1 深度神經網絡算法 103
5.3.2 基于深度神經網絡的觀測偏差校正 104
5.3.3 基于深度神經網絡的溫濕廓線反演 104
5.3.4 一維變分算法 106
5.3.5 實驗設計 106
5.4 實驗結果 107
5.4.1 偏差校正結果 108
5.4.2 物理反演結果 112
5.4.3 基于觀測亮溫的統(tǒng)計反演結果 113
5.4.4 基于模擬亮溫的統(tǒng)計反演結果 114
5.5 算法穩(wěn)定性測試 115
5.6 本章小結 117
參考文獻 117
第6章 基于模擬亮溫的統(tǒng)計反演方案的改進 120
6.1 引言 120
6.2 數據 121
6.2.1 大氣數據描述 121
6.2.2 數據預處理 122
6.3 基于深度神經網絡的輻射傳輸模型 123
6.4 基于模擬亮溫的統(tǒng)計反演方案 124
6.4.1 基于模擬亮溫的統(tǒng)計反演模型 124
6.4.2 MWTS-II觀測偏差校正 125
6.5 實驗結果 126
6.5.1 模擬亮溫的精度對比 127
vi 星載微波探測儀反演大氣參數研究
6.5.2 MWTS-II觀測偏差校正結果 128
6.5.3 基于模擬亮溫的統(tǒng)計反演結果 131
6.6 本章小結 135
參考文獻 136
第7章 微波探測儀反演溫濕廓線的驗證方法研究 138
7.1 引言 138
7.2 通道權重函數和數據 139
7.2.1 MWTS-II和MWHTS權重函數分析 139
7.2.2 大氣數據 140
7.2.3 數據預處理 140
7.3 反演驗證方法 140
7.3.1 反演驗證方法的可行性分析 140
7.3.2 反演基模擬亮溫和參考模擬亮溫的對比 142
7.3.3 根據微波探測儀各通道的主要探測范圍驗證反演結果 142
7.4 反演結果及其驗證 143
7.4.1 MWTS-II反演溫度廓線的驗證 144
7.4.2 MWHTS反演溫濕廓線的驗證 146
7.5 本章小結 150
參考文獻 150
第8章 MWHTS和MWTS-II融合反演海面氣壓 153
8.1 引言 153
8.2 數據及預處理 154
8.3 星載微波遙感海面氣壓原理 155
8.3.1 微波遙感海面氣壓理論基礎 155
8.3.2 MWHTS和MWTS-II對海面氣壓的敏感性測試 158
8.4 算法和實驗設計 162
8.4.1 基于深度神經網絡的海面氣壓反演方法 162
8.4.2 反演實驗設計 163
8.5 實驗結果 164
8.5.1 通道對反演海面氣壓的貢獻測試結果 165
8.5.2 MWHTS和MWTS-II融合反演海面氣壓結果 167
8.6 本章小結 169
參考文獻 170
第9章 MWTS-II對海面氣壓的敏感性測試研究 173
9.1 引言 173
9.2 數據和模型 174
9.3 基于DNN的MWTS-II對海面氣壓的敏感性測試方法 174
9.4 實驗設計 175
9.5 實驗結果 177
9.5.1 MWTS-II模擬亮溫的計算結果 177
9.5.2 MWTS-II對海面氣壓的敏感性測試結果 178
9.5.3 基于模擬亮溫的海面氣壓反演結果 181
9.5.4 基于觀測亮溫的海面氣壓反演結果 183
9.6 算法穩(wěn)定性評估 185
9.7 本章小結 186
參考文獻 186
第10章 60GHz和118GHz的海面氣壓探測能力對比 188
10.1 引言 188
10.2 數據分類及驗證 189
10.3 算法和實驗設計 192
10.4 實驗結果 193
10.4.1 60GHz通道組合和118GHz通道組合反演結果對比 193
10.4.2 60GHz擴展通道組合反演結果 196
10.4.3 MWTS-II和MWHTS反演結果對比 198
10.5 本章小結 201
參考文獻 202
彩圖