中国陆面微波比辐射率参数化的研究

Large and variable microwave land surface emissivity (ε) leads to more difficulties in using satellite microwave data to retrieve atmospheric parameters and be assimilated into numerical model over land. Although using microwave emissivity model or satellite measurements can directly obtain ε, it is a complex process of combining plentiful of auxiliary data to fulfill the calculation, which is not easily used in atmospheric parameters retrieval or data assimilation. Therefore, it is an urgent and important issue to develop a reasonable parameterization of ε based on the calculated ε deriving from multi spaceborne microwave sensors so that we can simply but directly obtain the reliable ε, which is fitting for any one of current satellite microwave sensors.. The long-term distribution and variation of ε over China are lack of being studied in detail due to the complex land characteristic; in particular, it is blank for parameterization of ε in China. Hence, this project will using long-term AMSR-E data to calculate and analysis the climatology characteristic of ε over China; then combine the calculated ε with multi frequency, angle, and polarization information deriving from SSM/I, TMI, AMSU, and microwave sensors on FY-3 satellite to develop the parameterization of ε over China; finally, using the measured ε from our ground observations to verify and improve the parameterization scheme.

较高且易变的陆面微波比辐射率(ε)，造成陆面上卫星微波数据反演大气参数较为困难，也不易被同化到数值模式。尽管采用微波比辐射率模式或卫星资料可直接计算ε，但是都需要结合大量辅助数据完成复杂计算过程，不利于在参数反演或资料同化中便捷使用。因此，如何从多种星载微波资料计算的ε中提炼出一个合理的比辐射率参数法方案，适用于现有的任意一种星载微波仪器，能简单、直接的提供较为真实、合理的ε，是一个迫切需要解决的问题。.地表特征复杂的中国地区的ε时空分布特征缺乏长期系统研究，尤其对ε参数化研究尚是空白。因此，本项目拟采用10年AMSR-E资料计算分析中国地区ε气候态分布特征；进而综合SSM/I、TMI、AMSU和我国FY-3上多种微波仪器计算的多频率、多角度、多极化的ε信息，建立适合中国地情的陆面微波比辐射率参数化方法；最后，利用地基微波比辐射率观测试验数据检验和完善参数化方法。

陆面微波比辐射率是微波遥感大气和地表的关键影响因素之一，也是卫星微波观测资料在数值天气预报同化的一个基础数据。为了便捷、准确地获取比辐射率，需要在大量陆面微波比辐射率数据库中，提炼出合理、可靠的比辐射率参数化方法。.为此，本项目基于8年AMSR-E卫星观测数据反演建立中国陆面微波比辐射率气候态数据库，并且结合地表类型，系统认识中国地区陆面微波比辐射率的时空变化特征。除了卫星反演，本项目还自行开发并建立一套多地表微波比辐射率地基观测系统，通过地基观测直接认识比辐射率的变化规律。结合卫星反演和地基观测的地表比辐射率数据，建立陆面微波比辐射率随频率和观测角度变化的参数化方法，并初步验证参数化方法的合理性。. 本研究建立的8年月平均中国陆面微波比辐射率0.25°格点数据库，可以作为中国地区陆面微波比辐射率的背景数据，不仅可以提供微波遥感大气参数或者数值模式同化星载微波观测资料时所需的地表比辐射率参考信息，也可以在此基础上进行二次反演和应用。此外，本研究建立的多地表微波比辐射率地基观测系统及其观测数据；对于深入认识地表比辐射率变化机理，验证卫星反演结果，将提供更多帮助。因此，本项目研究成果以及这些关键数据对深化我国微波定量遥感工作，提升我国微波遥感资料在数值天气预报模式中的同化应用具有很强的实际应用价值。