星載微波探測(cè)儀是獲取全球大氣溫濕廓線及地表參數(shù)的重要儀器，在氣候變化研究、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)等大氣應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。本書以風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星搭載的兩個(gè)微波探測(cè)儀（主要用于探測(cè)溫濕廓線的微波濕溫探測(cè)儀和探測(cè)溫度廓線的微波溫度計(jì)II型）為研究對(duì)象，對(duì)風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星微波探測(cè)儀遙感數(shù)據(jù)在大氣中的反演應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。內(nèi)容包括微波探測(cè)儀遙感大氣理論基礎(chǔ)、微波探測(cè)儀對(duì)溫濕廓線的物理反演及改進(jìn)措施、微波探測(cè)儀對(duì)溫濕廓線的統(tǒng)計(jì)反演及改進(jìn)措施、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在星載微波探測(cè)儀反演中的應(yīng)用研究、微波探測(cè)儀反演溫濕廓線的驗(yàn)證方法研究、星載微波遙感海面氣壓原理及多頻段融合反演研究、微波探測(cè)儀對(duì)海面氣壓的敏感性測(cè)試研究、60GHz和118GHz對(duì)海面氣壓的探測(cè)能力對(duì)比與分析。本書開展的星載微波探測(cè)儀反演大氣參數(shù)理論與方法研究對(duì)于促進(jìn)微波遙感大氣理論和應(yīng)用的發(fā)展，以及進(jìn)一步拓展國產(chǎn)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用能力具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)可為后續(xù)星載被動(dòng)微波遙感儀器的研制提供重要參考。
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作為通訊作者、第一作者發(fā)表論文14篇，其中SCI檢索8篇、EI檢索5篇，其他核心期刊檢索1篇。
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 星載微波探測(cè)儀反演大氣參數(shù)的研究背景 1
1.2 國內(nèi)外星載微波探測(cè)儀的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.1 國外星載微波探測(cè)儀的發(fā)展 2
1.2.2 國內(nèi)星載微波探測(cè)儀的發(fā)展 4
1.2.3 星載微波探測(cè)儀反演大氣溫濕廓線的研究現(xiàn)狀 5
1.3 風(fēng)云三號(hào)D 星微波探測(cè)儀介紹 7
1.3.1 MWHTS 7
1.3.2 MWTS-II 10
參考文獻(xiàn) 11
第2章 微波探測(cè)儀遙感大氣理論基礎(chǔ) 15
2.1 引言 15
2.2 地球大氣成分和熱結(jié)構(gòu)概述 15
2.2.1 地球大氣分層 15
2.2.2 地球大氣的化學(xué)成分 16
2.2.3 壓強(qiáng)和密度的垂直分布 17
2.2.4 地球大氣的熱結(jié)構(gòu) 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(xiàn) 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(cè)儀遙感大氣溫度廓線 41
2.5.2 星載微波探測(cè)儀遙感大氣水汽廓線 43
iv 星載微波探測(cè)儀反演大氣參數(shù)研究
2.6 星載微波探測(cè)儀反演溫濕廓線方法 44
2.6.1 反演的數(shù)學(xué)描述 46
2.6.2 最優(yōu)化 46
2.6.3 統(tǒng)計(jì)方法 46
2.6.4 物理方法 49
2.6.5 物理統(tǒng)計(jì)方法 51
2.7 本章小結(jié) 51
參考文獻(xiàn) 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(shù)據(jù)與模型 58
3.3.2 先驗(yàn)信息 59
3.3.3 觀測(cè)亮溫的偏差校正 60
3.3.4 測(cè)量誤差協(xié)方差矩陣 62
3.3.5 反演過程的質(zhì)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(jié)果及分析 63
3.4.1 觀測(cè)亮溫的偏差校正結(jié)果 63
3.4.2 反演結(jié)果的驗(yàn)證與分析 64
3.5 本章小結(jié) 69
參考文獻(xiàn) 69
第4章 MWHTS物理反演系統(tǒng)的改進(jìn) 72
4.1 引言 72
4.2 數(shù)據(jù)與模型 72
4.3 背景廓線的產(chǎn)生 74
4.3.1 線性回歸反演算法 74
4.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演算法 75
4.4 觀測(cè)偏差校正方案 76
4.4.1 掃描偏差校正 77
4.4.2 氣團(tuán)偏差校正 81
4.5 MWHTS物理反演系統(tǒng)的改進(jìn)及反演結(jié)果分析 85
4.5.1 反演系統(tǒng)的改進(jìn)及反演流程 85
4.5.2 背景廓線的精度對(duì)比 85
4.5.3 觀測(cè)偏差校正效果對(duì)比 87
4.5.4 觀測(cè)偏差校正對(duì)反演精度的影響 94
4.5.5 觀測(cè)偏差校正方案的穩(wěn)定性評(píng)估 95
4.6 本章小結(jié) 97
參考文獻(xiàn) 98
第5章 深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在MWHTS反演中的應(yīng)用研究 101
5.1 引言 101
5.2 數(shù)據(jù)和模型 102
5.3 算法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 103
5.3.1 深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 103
5.3.2 基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的觀測(cè)偏差校正 104
5.3.3 基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的溫濕廓線反演 104
5.3.4 一維變分算法 106
5.3.5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 106
5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 107
5.4.1 偏差校正結(jié)果 108
5.4.2 物理反演結(jié)果 112
5.4.3 基于觀測(cè)亮溫的統(tǒng)計(jì)反演結(jié)果 113
5.4.4 基于模擬亮溫的統(tǒng)計(jì)反演結(jié)果 114
5.5 算法穩(wěn)定性測(cè)試 115
5.6 本章小結(jié) 117
參考文獻(xiàn) 117
第6章 基于模擬亮溫的統(tǒng)計(jì)反演方案的改進(jìn) 120
6.1 引言 120
6.2 數(shù)據(jù) 121
6.2.1 大氣數(shù)據(jù)描述 121
6.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理 122
6.3 基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輻射傳輸模型 123
6.4 基于模擬亮溫的統(tǒng)計(jì)反演方案 124
6.4.1 基于模擬亮溫的統(tǒng)計(jì)反演模型 124
6.4.2 MWTS-II觀測(cè)偏差校正 125
6.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 126
6.5.1 模擬亮溫的精度對(duì)比 127
vi 星載微波探測(cè)儀反演大氣參數(shù)研究
6.5.2 MWTS-II觀測(cè)偏差校正結(jié)果 128
6.5.3 基于模擬亮溫的統(tǒng)計(jì)反演結(jié)果 131
6.6 本章小結(jié) 135
參考文獻(xiàn) 136
第7章 微波探測(cè)儀反演溫濕廓線的驗(yàn)證方法研究 138
7.1 引言 138
7.2 通道權(quán)重函數(shù)和數(shù)據(jù) 139
7.2.1 MWTS-II和MWHTS權(quán)重函數(shù)分析 139
7.2.2 大氣數(shù)據(jù) 140
7.2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理 140
7.3 反演驗(yàn)證方法 140
7.3.1 反演驗(yàn)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(duì)比 142
7.3.3 根據(jù)微波探測(cè)儀各通道的主要探測(cè)范圍驗(yàn)證反演結(jié)果 142
7.4 反演結(jié)果及其驗(yàn)證 143
7.4.1 MWTS-II反演溫度廓線的驗(yàn)證 144
7.4.2 MWHTS反演溫濕廓線的驗(yàn)證 146
7.5 本章小結(jié) 150
參考文獻(xiàn) 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(shù)據(jù)及預(yù)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(chǔ) 155
8.3.2 MWHTS和MWTS-II對(duì)海面氣壓的敏感性測(cè)試 158
8.4 算法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 162
8.4.1 基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的海面氣壓反演方法 162
8.4.2 反演實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 163
8.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 164
8.5.1 通道對(duì)反演海面氣壓的貢獻(xiàn)測(cè)試結(jié)果 165
8.5.2 MWHTS和MWTS-II融合反演海面氣壓結(jié)果 167
8.6 本章小結(jié) 169
參考文獻(xiàn) 170
第9章 MWTS-II對(duì)海面氣壓的敏感性測(cè)試研究 173
9.1 引言 173
9.2 數(shù)據(jù)和模型 174
9.3 基于DNN的MWTS-II對(duì)海面氣壓的敏感性測(cè)試方法 174
9.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 175
9.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 177
9.5.1 MWTS-II模擬亮溫的計(jì)算結(jié)果 177
9.5.2 MWTS-II對(duì)海面氣壓的敏感性測(cè)試結(jié)果 178
9.5.3 基于模擬亮溫的海面氣壓反演結(jié)果 181
9.5.4 基于觀測(cè)亮溫的海面氣壓反演結(jié)果 183
9.6 算法穩(wěn)定性評(píng)估 185
9.7 本章小結(jié) 186
參考文獻(xiàn) 186
第10章 60GHz和118GHz的海面氣壓探測(cè)能力對(duì)比 188
10.1 引言 188
10.2 數(shù)據(jù)分類及驗(yàn)證 189
10.3 算法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 192
10.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 193
10.4.1 60GHz通道組合和118GHz通道組合反演結(jié)果對(duì)比 193
10.4.2 60GHz擴(kuò)展通道組合反演結(jié)果 196
10.4.3 MWTS-II和MWHTS反演結(jié)果對(duì)比 198
10.5 本章小結(jié) 201
參考文獻(xiàn) 202
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