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L波段海-气耦合辐射传输模型

金旭晨   2020-11-05

        近日,我室与浙江大学地球科学学院联合培养博士生金旭晨在国际知名期刊《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing》发表了"L波段海-气耦合辐射传输模型"的论文,通讯作者为我室何贤强研究员。

        盐度作为海水最重要的物理特性之一,在海洋科学中占有重要地位,是大洋环流、全球水循环的核心参数。近百年来,尽管做了大量的基于现场的海水盐度观测,包括船测、浮标观测等,但观测的时空覆盖度还非常有限。为此,近10多年来,国际空间机构发展了海表盐度观测卫星。对海洋盐度进行大面积卫星遥感观测在2009年得到实现。但由于海水的微波辐射对盐度变化非常不敏感,且电磁波在传输过程中会受到较多因素影响(图1),因此,需要建立高精度的辐射传输模型进行校正,以获得精确的海表盐度反演。

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图1 辐射传输过程示意图

        基于矢量辐射传输方程以及矩阵算法,提出了一种针对L波段不同观测角下的大气顶出射辐射强度正演的辐射传输模型,并对模型精度进行了验证。该矢量辐射传输模型利用矩阵算法描述了由风引起的粗糙海面对辐射传输过程的影响(包括发射过程以及对大气下行辐射的反射散射作用),各向异性海面的波面坡度分布描述基于二维Cox-Munk高斯分布函数模型;海面反射矩阵由小扰动模型(SPM)叠加几何光学模型(GO)获得,并且考虑了波面之间的遮蔽效应。验证表明,建立的辐射传输模型与其他模型(RT4平静海面模型、ESA正演模型)之间的计算结果具有相当高的一致性。同时,与SMOS卫星观测数据、欧空局正演模型数据进行三方比较,结果表明,在相同输入参数的情况下,本研究建立的模型计算的水平极化和垂直极化亮温场都与SMOS观测数据较为一致,结果优于ESA正演模型结果(图2)。该模型的建立,可为我国自主盐度卫星(WCOM)资料处理提供正演模型,可望提高盐度反演精度。

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图2 模型模拟结果与ESA模拟结果、SMOS观测结果间的比较

论文引用:Jin X, He X*, Shanmugam P, et al. Comprehensive Vector Radiative Transfer Model for Estimating Sea Surface Salinity From L-Band Microwave Radiometry[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2020. DOI: 10.1109/TGRS.2020.3007878 (Early Access)