大气辐射与遥感-第七章3剖析.pptxVIP

第七章 大气辐射在遥感中的应用 ;第七章 大气辐射在遥感中的应用 ;7.4 利用发射的红外辐射进行遥感 7.4.1 地球表面温度的确定 7.4.2 温度廓线的遥感 7.4.3 水汽和痕量气体廓线的遥感 7.4.4 云的红外遥感 7.4.5 红外冷却率和地表通量的遥感 7.5 利用发射的微波辐射进行遥感 7.5.1 微波波谱和微波辐射传输 7.5.2 由微波发射辐射确定降雨率和水汽 7.5.3 微波探测器的温度反演 7.6 利用激光和微波能量进行遥感 7.6.1 后向散射方程 7.6.2 激光雷达的差分吸收方法 7.6.3 激光雷达的差分退偏方法 7.6.4 用于研究云的毫米波雷达;§ 7.5 利用发射的微波辐射进行遥感;§ 7.5.1 微波波谱和微波辐射传输;鉴于大气中水滴(约10μm)和冰晶(约100μm)的大小，对微波(约1cm)散射的影响通常很小。因此，作为一个很好的近似，在讨论微波的辐射传输时，可以忽略散射的贡献。在局地热力学平衡条件下，对于无散射大气的辐射传输方程的解为： 由于微波辐射区的反射率通常小于1，所以地表面有显著的反射贡献，从地表发射的辐亮度为：;带入方程(7.5.2)定义的下边界条件，向上的辐亮度可表示为： 频率域的普朗克函数在微波区可近似为： 与此类似，定义一个相当亮温： 微波辐射传输的解可表示为：;方程(7.5.6)中各项表示的晴空大气顶亮温的贡献（包括地表发射辐射和反射辐射，以及大气发射辐射的贡献）;用于卫星遥感透射比通常相对于大气顶来表示，方程中(7.5.6)中的透射比可表示为 把方程(7.5.8)代入到方程(7.5.6)中，整理各项，同时令;微波辐射传输的解可表示为： 其中大气的源项为： 注意事项： 微波区地表发射率从0.4到1.0变化。陆地上取决于土壤湿度，干土壤0.95-0.97，湿裸土0.80-0.90；海洋上一般在0.4-0.6，随盐度、海冰、海表粗糙度、海洋泡沫等变化。此外还依赖于频率，频率越高，发射率值越大。 海洋发射辐射是偏振的，可计算垂直和平行的发射率分量。;平静和粗糙海洋表面对一组微波频率的发射率;微波辐射传输的重要应用之一：确定大气的液态水和水汽含量，因为微波能穿透厚云和降水，而在红外谱区是不透明的。 云和降水在微波谱区的辐射性质特点： 冰晶基本不吸收微波辐射，而只散射它； 水滴和雨滴既吸收又散射，但以吸收为主； 冰和水的散射和吸收都随频率而增加。 根据冰和水的散射吸收性质，微波波谱可划分为3个区： 频率低于约22GHz吸收比散射更重要；60GHz附近散射比吸收更重要；20～60GHz之间散射和吸收都很重要。;冰粒子和水粒子的散射和吸收取决于它们的尺度相对于微波频率的大小。当频率在22～31GHz范围时，冰晶的散射作用可忽略不计，即冰晶云对此微波频率是透明的，使得它们对探测降雨率非常理想。 为了求得液态水含量和水汽含量，需研究出一个参数化方程组，使得液态水和水汽含量能够显式确定。参考微波辐射传输方程的解(7.5.6)，对两个积分项进行分部积分：;定义2个变量： 方程(7.5.11a)可改写为：;检查微波光谱，发现频率低于40GHz时： 方程(7.5.12)近似为： 频率低于40GHz的透射比主要是由水汽和液态水吸收造成的，即： 对于频率低于40GHz对的晴空，液态水透射比近似为： 类似的方法应用于22GHz，则水汽投射比近似为：;把方程(7.5.13c)和(7.5.13d)代入方程(7.5.13a)，略去含有Q和W的二阶项，则得到： 假定地表温度和发射率已知，则可利用40GHz和22GHz左右的亮温实测值确定Q和W， 其中wi和qi是与所选定的频率、地表温度、发射率及经验参数Q0和W0有关的系数，通常是在已知大气廓线时根据一组已知的亮温及液态水含量和水汽含量，用统计方法确定。;降雨率与雨滴的尺度分部有关。 雨滴尺度谱可在地表测量，Marshall Palmer (1948)根据测量结果提出了一种适当的指数形式： 据研究斜率因子只依赖于降雨率R: 根据Marshall Palmer尺度分布，可证明 就纯粹的吸收和发射而言，可根据(7.5.15)，将亮温与LWP(或Q)直接联系起来，因此 如果云粒子尺度相当或大于发射辐射波长时，云粒子散射贡献非常重要，需结合降雨率反演推导包括散射的辐射传输解。 ;亮温在三个频率上随海洋和陆地上空降雨率的变化： （1）陆地上，TB随降雨率的增加而下降，频率越高，影响越大； （2）海洋上，由于海表发射率较低，因此TB最初是随降雨率增加而增大。;微波探测器的优点：波长较长，受云和降水的影响要小得多。 根据微波辐射传输解 由于地表反射率得影响，权函数可定义为： ;(a)SSM/T的7个通道和(b)AMSU的12个通道在陆地上空天底位置的权函数