基于雪粒径演化过程的被动微波遥感雪深反演方法研究

The estimation and forecast of Snow Depth (SD) in Northeast China has an important significance for the monitoring and assessing the available snow melt water to rivers and crop-soil moisture, and guiding the agriculture-stock production. This study will be conducted based on ground-based remote sensing experiment. The influence of different extinction coefficients on the brightness temperature simulation in HUT model is analyzed, and the extinction coefficient suitable for Northeast China is selected. Influence of effective snow grain size (SGS) and evolution snow grain size (SGS) on brightness temperature simulation is analyzed to obtain a simple SGS for HUT model. The time evolution process of the physical parameters of snow cover in farmland area and forest area in Northeast China is described accurately, and the effective forest-snow cover-underlying surface physical model of the electromagnetic wave propagation is established. The aim of the research is to improve the precision of snow depth inversion of passive microwave remote sensing in Northeast China, and to lay the foundation for the development of the operational algorithm for the snow products of the FY-3 meteorological satellite.

东北地区积雪深度的估算与预测对于监测和评估积雪融水河流补给与春季农田土壤墒情，指导农牧业生产具有重要意义。本研究将以地基遥感观测实验为基础，分析HUT模型中不同消光系数对亮温模拟的影响，选取适合于东北地区的消光系数；并分析有效雪粒径和演化雪粒径对亮温模拟的影响，旨在获取一种简单的适用于HUT模型的雪粒径；准确地描述东北农田区和森林区积雪物理参数时间演化过程，从而建立有效的林木-积雪-下垫面电磁波传播物理模型，实现提高我国东北地区积雪深度被动微波遥感反演精度的研究目标，为发展适用于我国东北地区风云三号气象卫星积雪产品业务化算法奠定基础。

东北地区积雪深度的估算与预测对于监测和评估积雪融水河流补给与春季农田土壤墒情，指导农牧业生产具有重要意义。本研究主要进行了如下研究内容：（1）雪粒子长轴和短轴的关系；（2）构建了改进的HUT模型（IMPHUT）；（3）基于雪粒径演化过程的亮温模拟；（4）实测长轴雪粒径、面积等效直径、体积等效直径与有效雪粒径之间的关系。. 通过这些研究取得了以下几项结果：（1）在东北小兴安岭及长白山地区进行了三次野外采样，根据三次野外数据测得的雪粒径的数据，可以得出雪粒子长轴和短轴有很好的线性关系；（2）基于风云-3B（FY-3B）卫星的微波成像仪（MWRI）数据对HUT模型进行验证，结果表明，无论是18.7GHz还是36.5GHz水平极化亮温，HUT模型模拟亮温都与MWRI亮温存在较大的偏差。因此，对消光系数进行了本地化改进，得到了改进的HUT模型（IMPHUT模型）；（3）采用 HUT 模型、 DMRT 模型和 MEMLS 模型的消光系数在 18.7 GHz 时模拟亮温的偏差分别为-3.6、-1.8 和-0.7 K， 在 36.5 GHz 时分别为 4.0、10.4 和 14.4 K。对于 18.7 GHz 水平极化和 36.5 GHz 水平极化，基于有 效雪粒径的亮温模拟与基于雪粒径演化过程的亮温模拟精度呈现出很好的线性关系。因此，基于雪粒径演化过程的方法是一种合适的获取辐射传输模型中雪粒径参数的方法；（4）由实测数据分析实测长轴雪粒径、面积等效直径、体积等效直径与有效雪粒径之间的关系，结果表明，面积等效直径和体积等效直径在农田区具有更好的一致性，在积雪后期，面积等效直径和体积等效直径都低于有效雪粒径。.