全球微波辐射特性稳定性分析全球微波辐射特性稳定性分析

师春香 ①②卢乃锰 ②游然 ②杨虎② 张文建② 谢正辉①

 

(①中国科学院大气物理所 , 北京 100029, ②中国气象局国家卫星气象中心 , 北京 100081, shicx@nsmc.cma.gov.cn)

研究的目的研究的目的 FY3 卫星搭载了三个微波仪器，其中包括微波成

像仪，为实现利用陆面目标对 FY3 微波成像仪 10GHz － 89GHz 窗区通道定标，需要选取包括冷热定标源的目标区域。

无论是冷定标源还是热定标源，作为定标源的目标区微波亮温应该是非常稳定的；

或者可以通过计算或其他手段求出目标区微波亮温变化的部分并剔除，从而获得目标区域相对稳定的微波通道亮温，

研究方法研究方法 卫星被动微波遥感仪器接收到的辐射包括下垫面和

大气发射和散射的辐射，当已知大气状态时，可以通过大气微波辐射传输方程计算出大气发射和散射的辐射，因此对定标源目标区的选择，只要考虑其下垫面发射和散射的辐射特性是稳定的即可。

研究方法是先利用遥感数据，从全球范围内找出相对稳定的区域，然后再进行更深入的分析。本研究利用 SSM/I 通道亮温数据，分析了 SSM/I 各通道亮温稳定性特征。

The DATAThe DATA

1996 年 5-10 月 ,SSM/I 数据空间分辨率 : 1/3°* 1/3°

等角度投影 ( 等经纬度 )

SSM/ISSM/I 数据及前处理数据及前处理 数据： 1996 年 5-10 月的 SSM/I 所有通道亮温

数据，已经过投影处理，为经纬度投影，通道空间分辨率为 1/3°1/3° 。

高散射等异常目标剔除– 降水– 积雪– 海冰– 风速大于 10 米

微波辐射校正场风速反演算法1. 剔除海冰、降水区；2. 海面风速反演方程：3. SSM/I-GSW 算法的降雨标志

)37(

)37(

)22(

)19(

1

/_ 43210

HT

VT

VT

VT

DDDDDISSMSSW

B

B

B

B

其中 D0 =147.90 ， D1 （ 19V ） =1.0969 ，D2 （ 22V ） = -0.4555 ， D3 （ 37V ） =-1.

7600 ， D4(37H)=0.7860

Rain FlagCriteria Accuracy

0 TB(37V)-TB(37H) > 50

TB （ 19H ） < 165

<2 m/s

1 TB(37V)-TB(37H) < 50

TB （ 19H ） > 165

2-5 m/s

2 TB(37V)-TB(37H) < 37 5-10 m/s

3 TB(37V)-TB(37H) < 30 >10 m/s

表： SSM/I-GSW 算法的降雨标志

判识陆地/海洋

否

是

散射判识SI >10

SI >10 orLWP(19)>0. 6 or LWP(37)>0. 2

陆地 海洋

沙漠判识TB(19V)－TB(19H)>20

无降水

海冰判识TB(22V)<44+0.85TB(19V) or中高纬TB(22V)>264 & TB(22V)-TB(19V)<2

雪盖判识TB(22V)<264 orTB(22V)<175+0.49TB(85V) or!(TB(22V)>267 & TB(22V)<175+0.49TB(85V))

半干旱陆地判识TB(19V)－TB(19H)>10.25 andTB(19V)－TB(19H)>0.25(301-TB(85H)

Cold ocean 判识TB(85H)-TB(37H)>3 and

TB(37H)<190

有降水

是

是

是

是

否

否

否

否

否

是

是

降水判识流程图

SI: Land: SI= (-0.44 TB(19V) - 1.775 TB(22V) + 0.00574 TB(22V)**2 + 451.88 ) - 85V Ocean: SI= (0.7152 TB(19V) + 2.4387 TB(22V) - 0.00504 TB(22V)**2 - 174.38 ) - 85V

LWP(19) = -2.70 [ln(290-19V) - 2.84 - 0.4 ln(290-22V) ]LWP(37) = -1.15 [ln(290-37V) - 2.99 - 0.32 ln(290-22V) ]

0-0.5 0.5-1 1-2 2-3 3-5 5-10 >100 -1°K

19V

SSM/I SSM/I 通道亮温随时间标准差通道亮温随时间标准差 (5-10(5-10 月月 ))

19H 22V

37V 37H

1) The bright temperature of the vertical polarization channelsis the more stability then horizontal polarization channels;2) There are the bright temperature stability areas in the Amazon tropical rain forest and in the south of Yunnan subtropical rain forest in China.

0-0.5 0.5-1 1-2 2-3 3-5 5-10 >100 -1°K

199905 19V GHz

0-0.5 0.5-1 1-2 2-3 3-5 5-10 >100 -1°K

199905-10 (175 days)19V GHz

月标准偏差和多月标准偏差

小结 ：由于在一定程度上剔除了季节变化的影响，一个月时间尺度上的分析结果表明亚马逊热带雨林地区以及我国云南南部和福建沿海地区的微波亮温更加稳定。

The Amazon （ location ： longitude 53.0°E ， latitude 1.6°N ）

Evolvement with time of the SSM/I bright temEvolvement with time of the SSM/I bright temperaturperature in the e in the Amazon tropical rain forest areaAmazon tropical rain forest area

20 day time series of SSM/I

brightness temperature from May to

October(Amazon)

20 day moving average time

series of SSM/I brightness

temperature from May to

October(Amazon)

The subtropical rain forest in the south area of Yunnan (location ： longitude 100.5°E,latitude: 23.9°N)

20 day time series of SSM/I brightness temperature from May to Oc

tober(The south of Yu

nnan)

SSM/I 通道亮温 20 天滑动随时间变

化( 云南南部 )

从时间序列上看，我国云南南部个别地区亮温季节变化也相当小，但稳定性明显低于亚马逊地区。

通过滑动平均处理，可望得到稳定性接近 1K 的热目标。

如果有同步探空数据进行亮温修正，可以得到稳定性高于 1K 的理想热目标。

通道亮温距平的统计特征通道亮温距平的统计特征

（用亮温与多项式拟合曲线之差代表距平，分析其绝对值均（用亮温与多项式拟合曲线之差代表距平，分析其绝对值均值和最大值的全球空间分布）值和最大值的全球空间分布）

对于除 85G之外的通道，以亚马逊热带雨林区域的亮温距平平均值明显小于 1K 。

距平最大值分布白色 =0-2 ；红色 =2-4 ；浅绿 =4-6 ；深绿 =6-10 ；

浅兰 =10-20 ；深兰 =20-30 ；青色 >30 ；黑色 =-1 （无效数据）

0-2 2-4 4-6 6-10 10-20 20-30 >30 -1°K

19V

19H

37V

37H

距平平均值分布白色 =0-0.5 ；红色 =0.5-1 ；浅绿 =1-3 ；深绿 =3-5 ；浅兰 =5-10 ；

深兰 =10-20 ；青色 =20-50 ；深青色 >50 ；黑色 =-1 （无效数据）

0-0.5 0.5-1 1-3 3-5 5-10 10-20 20-50 >50 -1°K

19H

19V 37V

37H

通过分析通过分析 3*33*3 象素方差的象素方差的空间分布来分析微波通道亮空间分布来分析微波通道亮温的空间均匀性。温的空间均匀性。 处理方法：在数据前处理 处理方法：在数据前处理基础上，计算基础上，计算 3*33*3 象素亮温象素亮温方差的时间序列，对这一时方差的时间序列，对这一时间序列计算均值和方差，并间序列计算均值和方差，并保留这一时间序列中符合下保留这一时间序列中符合下列条件的数据：列条件的数据： << 均值＋均值＋ 2*2*标准差标准差 ,, 之后，再对这部分之后，再对这部分数据求平均，并绘制计算得数据求平均，并绘制计算得

到的数据全球空间分布图。到的数据全球空间分布图。

空间均一性分析空间均一性分析

图 3*3亮温方差随在 5-10月间的平均

0-0.3 0.3-1 1-2 2-5 5-50 >50

19V

19H

37V

微波亮温空间一致性分析

37H

全球遥感普查的总体结论

对于微波透明通道：1、亚马逊地区是很好的微波高端定标场 ;

2、我国云南南部可能成为较为理想的微波瞬时定标场 ;

3、只有建立具有同步观测能力的海上微波辐射校正场，才有可能较好地解决微波定标冷目标问题。

Field survey After analysing global microwave brightness stability, we went to the

subtropical rain forest in the Yunnan. Then we do in-situ observation and analysis using radiative transfer m

odel.

Geography– Location:23°55′10″N--24°06′15″N, 100 °10 ′15 ″E--100°20′29 ″E;– Area: 17886.9ha ， 268304Mu ， 179km2;– the forest area: 154500Mu ， 103km2;

– the forest coverage ratio is 57.6% 。

The subtropical rain forest

in Yunnan

The observation

situation

The siteThe site The snow mountain nature reserve areas locate in the South of

the Yunnan, China. It is the site selected for the microwave radiance cal/val because there is the subtropical rain forest.

Climat: – temperature:

the year mean temperature: ７－１ 7°C, the most cold month mean temperature: 1 － 10°C the most warm month mean temperature: 11 － 21°C the highest mean temperature: 13 － 23°C the lowest mean temperature: 3 － 13°C

– precipitation the year precipitation amount: 1240 － 2900mm, the dry season is between November and April the wet season is between May and October.

Vegetation: subtropical forever green broadleaf

ThankThanks!s!