基于亮温通道组合的HY-2微波辐射计降雨条件下海面参量反演算法

Spaceborne microwave radiometer is a passive remote sensing equipment which receives the radiation from the earth. Based on the retrieval algorithm, microwave radiometer can abstract the information of oceanic parameters operationally. Under rain conditions, the rain drops change the absorption and scattering properties, and affect the brightness temperature received by radiometer which degrade the accuracy of retrieval algorithm. This research focuses on the retrieval algorithm under rain for HY-2 microwave radiometer. The “Double Difference ”method is used to calibrate the brightness temperature of HY-2 microwave radiometer. Based on the sensitivity analysis,some brightness temperature combinations which are less sensitive to rain are found and used as the input of algorithm. The algorithm is validated and refined by in-situ data and other in-orbit radiometer data. This research will help to achieve an “All-Weather” retrieval technology for microwave radiometer.

星载微波辐射计是一种用于接收地物辐射亮温的被动微波遥感器。基于反演算法，星载微波辐射计可实现对海表面温度、风速等海面参数的信息提取。在降雨条件下，雨滴改变了大气吸收和散射特性，影响了辐射计接收的辐射亮温，降低了微波辐射计海面参数算法的反演精度。本项目拟针对我国HY-2卫星搭载的微波辐射计，开展降雨条件下海面参数反演算法研究；利用双差法对HY-2辐射计亮温进行修正；基于不同频道亮温对降雨的敏感性分析，获取对降雨不敏感的亮温组合方式，以亮温组合作为输入，发展反演算法；利用浮标现场数据和国外星载辐射计数据进行算法检验与优化。本项目的顺利实施对于扩展微波辐射计反演算法应用范围，真正实现“全天候”的海洋环境参数信息提取具有重要意义。

海洋2A号卫星是我国第一颗海洋动力环境卫星。HY-2A微波辐射计是HY-2A卫星的主要载荷之一，其海面温度（SST）、风速数据产品是HY-2卫星数据产品序列的重要组成部分。海面温度、风场影响了海表辐射亮温，因此通过星载微波辐射计观测亮温，可实现海面温度和风速的信息提取。但是当观测区域存在降雨时，雨滴改变了海洋-大气的辐射/散射特性，传统的SST、风速反演算法难以区分亮温中的降雨信号和风速信号，因此长期以来星载遥感器在降雨条件下进行海面参量信息提取存在困难。.本项目提出了一种利用对降雨不敏感，对风速和SST比较敏感的亮温通道组合发展降雨条件下的海面参量反演算法的新思路。项目执行期间，课题组对HY-2A微波辐射计亮温稳定性、降雨条件下的风速、SST等海面参量的反演算法开展了研究。得到主要结论如下：. （1）利用地物低端替代定标方法，对HY-2A微波辐射计各通道亮温的稳定性进行了分析，结果表明，HY-2A微波辐射计C/X低频通道的稳定性优于高频通道，低频通道的稳定性一般优于0.005K/week。. （2）开展了HY-2A降雨条件下风速反演算法研究，获得了对降雨不敏感的亮温通道组合，进而建立了适用于降雨条件的HY-2A微波辐射计风速反演算法，并与国外微波辐射计WindSat产品和浮标数据进行了比较，风速反演算法精度优于1.82m/s；利用本文算法给出了一个降雨条件下风速反演实例；结果表明本文发展的降雨条件下风速反演算法，可以有效剔除降雨对亮温的影响，反演精度明显优于HY-2原有风速产品。. （3）利用对降雨不敏感的亮温通道组合，结合浮标实测数据，发展了一种适用于降雨条件下的SST反演算法，并与浮标实测数据进行了比较，SST算法精度优于1℃。利用本文算法反演了一个SST实例，并与HY-2A原有SST产品进行了比较，结果表明本文反演结果优于HY-2A原有产品。. 本项目的研究结果，验证了采用亮温通道组合进行降雨条件下海面参量信息提取的可行性，改善了HY-2A微波辐射计海面参量反演精度，扩展了HY-2A在降雨条件下的海面参量信息提取能力。