利用SMOS卫星新型微波成像辐射计数据对南中国和西太平洋海域盐度遥感的方法研究

SMOS卫星于2009年11月2日升空，有望在今年下半年开始发布全球范围的土壤湿度和海洋盐度全球遥感业务化资料。本课题组已经申请并获得同意提供南中国海及西太平洋地区的新型L波段微波成像仪微波亮温数据。.本项目意在抓住这个契机，通过对SMOS星载1.4GHz微波辐射计测量进行外定标，利用我国海域长期观测的大量微波辐射监测资料、盐度和海表温度等其他现场测量资料，对我国及西太平洋海域盐度进行反演。通过与SMOS卫星盐度的业务产品进行比对，研究可行的星载微波盐度计的反演算法，分析误差分配，为我国星载海洋盐度遥感从理论和方法上打下基础。.项目的研究目标是：利用SMOS数据反演的盐度值与实测盐度绝对误差争取达到或者接近欧空局的反演要求：100×100km分辨率格点月平均精度0.1～0.2psu，200×200km分辨率格点10天平均精度0.1～0.2psu。

本项目首先分析SMOS卫星微波辐射计MIRAS亮温数据特点，重点对视场内亮温随入射角变化的特点、亮温定标的分布特征及其与极化方式、测量模式和其随着地理位置的变化特征进行理论计算和统计分析，对RFI和太阳对于观测数据的影响进行模拟和分析得出，接近陆地的海表近千公里的海域基本上受到强RFI的干扰而数据无法使用。不同的太阳算法对于视场中的亮温产生明显的偏差，经过处理后亮温偏差明显改善。此外MIRAS的天线物理温度存在较强的季节变化，这直接影响了接收机的工作，进而导致视场中Stokes 1的平均偏差的变化随NIR物理温度的变化而变化。这对于采用合成孔径天线的设计，尤其是天线自身辐射和传输特性的设计方面具有重要的参考价值。.然后，对于星载微波辐射计的盐度遥感机理进行研究。计算不同海水介电常数模型在不同海面温度和盐度下的差异，以及对亮温的贡献，进而分析海面粗糙度（风和浪）引起海面辐射的变化，最后对各个参数对于亮温的敏感度进行研究，分析参数和仪器误差对于盐度反演误差的贡献，并给出模拟的结果。.最后，提出利用SMOS卫星MIRAS多角度数据反演海洋盐度的算法。使用垂直极化和水平极化亮温对入射角作二阶多项式拟合，再采用最小二乘法迭代反演盐度，得到稳定的反演值。本项目提出两种方法处理该SMOS视场中的测量亮温存在的系统偏差：方法一先修正系统亮温偏差，再去掉亮温中海面粗糙度的贡献，对平静海面的垂直极化和水平极化亮温作多角度二阶多项式拟合，利用拟合亮温的第一Stokes参数进行盐度反演，最后采用最小二乘法进行盐度反演。方法二不修正系统亮温偏差，选择入射角35°～55°的L1C数据，按照上面方法对平静海面的垂直极化和水平极化亮温作多角度二阶多项式拟合，再利用第一Stokes参数进行盐度反演。由于方法二不需要进行复杂的OTT修正，简单易处理，具有很好的扩展性和实用性。将方法二应用到南中国和西太平洋海域反演盐度，其结果与欧空局盐度及ARGO盐度结果相比较，表明方法二能给出较好的反演盐度结果。.为了验证多角度反演算法和海洋盐度的反演能力，本项目与国家863海洋技术领域重点课题（机载微波辐射海面盐度探测技术，课题编号：2009AA09Z102）联合在青岛进行不同盐度下海水微波辐射测量试验。通过多角度的海面微波亮温，可以很好地反演出海水温度和盐度，从而验证本项目提出反演方法的有效性。