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随着遥感技术的发展,星载被动微波遥感在卫星遥感大气业务中的应用越来越受到人们的重视。然而,由于技术原因,被动微波的视场分辨率往往较低。比如,多通道微波扫描辐射计(SMMR)的高频通道(37.0GHz),其视场分辨率只有27 km;即使特种微波成像仪(SSM/I)的高频通道(85.5GHz)分辨率,也才提高到12.5 km。然而,对于降水的尺度分布,其空间变化特征尺度可以从几米到上百公里,因而当有降水发生时,被动微波探测仪在实际的探测过程中,往往有许多探测视场内的降水并非完全充塞。在降水反演过程中,由于缺少这方面的信息,只能假设降水是完全充塞的,所以这种假设在反演过程中会带来降水反演的误差,这就是著名的视场充塞效应问题。
为了提高降水反演精度,降低视场充塞效应对反演精度的影响,因此,准确掌握降水充塞效应对微波亮温的影响将变得非常必要。为此,本文主要从数据统计和模拟研究这两个方面对此问题进行研究。
在统计部分,我们利用TRMM卫星上TMI和PR提供的微波亮温和降水资料信息,通过对两种资料进行像素的匹配,进而建立统计研究的匹配数据集。在此基础上,我们统计分析了视场充塞效应的两种参数指标:降水面积充塞比例(FRC)和降水非均匀性充塞(CVTMI),两者对TMI低频微波亮温的影响。统计FRC对微波亮温的结果表明,在不同的平均降水强度(RRTMI)下,FRC对微波亮温的影响都呈线性变化,并且这种影响程度随着RRTMI的增强而越加明显。同时还发现,相比于10.7GHz通道,19.4GHz通道的微波亮温对FRC的响应更加显著。在统计CVTMI对微波亮温的影响时发现,降水非均匀性对微波亮温具有消减作用,在RRTMI和FRC基本确定的情况下,随着CVTMI的增大微波亮温将逐渐变小。
在模拟部分,我们利用微波辐射传输模式(MWRT),对降水充塞效应与微波亮温之间的关系进行了模拟研究。模拟结果与统计分析的结果很相似:首先,降水面积充塞比例引起的微波亮温偏差,与FRC成线性关系,在FOV内平均降水率固定的情况下,降水充塞面积比例FRC愈大,则亮温偏差率则愈大;其次,降水非均匀性对它们线性关系的斜率具有很大影响,而且与斜率值存在非线性关系。相比之下,FOV内降水的非均匀性对微波亮温偏差的影响要复杂的多,这主要表现为亮温偏差率与降水非均匀参数间存在非线性关系,并且这种非线性关系与FOV内平均降水率的大小也有密切的关系。
为了准确掌握视场充塞效应对微波亮温的影响,在文章最后,我们利用多元线性回归分析方法,拟合得到了降水面积充塞比例、降水非均匀性充塞和平均降水率引起微波亮温偏差的关系式。并在此基础上,结合匹配的统计资料,又对拟合公式的效果进行了验证,结果表明拟合公式能有效地反应视场充塞效应与低频微波亮温间的关系。