星載微波探測儀反演大氣參數(shù)研究

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 星載微波探測儀反演大氣參數(shù)的研究背景 1
1.2 國內(nèi)外星載微波探測儀的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.1 國外星載微波探測儀的發(fā)展 2
1.2.2 國內(nèi)星載微波探測儀的發(fā)展 4
1.2.3 星載微波探測儀反演大氣溫濕廓線的研究現(xiàn)狀 5
1.3 風(fēng)云三號D 星微波探測儀介紹 7
1.3.1 MWHTS 7
1.3.2 MWTS-II 10
參考文獻(xiàn) 11
第2章 微波探測儀遙感大氣理論基礎(chǔ) 15
2.1 引言 15
2.2 地球大氣成分和熱結(jié)構(gòu)概述 15
2.2.1 地球大氣分層 15
2.2.2 地球大氣的化學(xué)成分 16
2.2.3 壓強(qiáng)和密度的垂直分布 17
2.2.4 地球大氣的熱結(jié)構(gòu) 18
2.2.5 云的微物理特征 18
2.3 大氣輻射傳輸理論 19
2.3.1 Planck黑體輻射定理 19
2.3.2 發(fā)射率和Kirchhoff定律 21
2.3.3 大氣微波輻射傳輸 22
2.3.4 大氣吸收和衰減模式 25
2.3.5 云和雨的散射貢獻(xiàn) 33
2.4 快速輻射傳輸模型 37
2.5 星載微波遙感大氣溫濕廓線原理 41
2.5.1 星載微波探測儀遙感大氣溫度廓線 41
2.5.2 星載微波探測儀遙感大氣水汽廓線 43
iv 星載微波探測儀反演大氣參數(shù)研究
2.6 星載微波探測儀反演溫濕廓線方法 44
2.6.1 反演的數(shù)學(xué)描述 46
2.6.2 *優(yōu)化 46
2.6.3 統(tǒng)計方法 46
2.6.4 物理方法 49
2.6.5 物理統(tǒng)計方法 51
2.7 本章小結(jié) 51
參考文獻(xiàn) 52
第3章 MWHTS物理反演大氣溫濕廓線研究 55
3.1 引言 55
3.2 一維變分算法 55
3.2.1 算法原理 55
3.2.2 影響反演精度因素討論 56
3.3 MWHTS物理反演系統(tǒng) 58
3.3.1 數(shù)據(jù)與模型 58
3.3.2 先驗(yàn)信息 59
3.3.3 觀測亮溫的偏差校正 60
3.3.4 測量誤差協(xié)方差矩陣 62
3.3.5 反演過程的質(zhì)量控制 62
3.3.6 MWHTS物理反演系統(tǒng)的反演步驟 62
3.4 反演結(jié)果及分析 63
3.4.1 觀測亮溫的偏差校正結(jié)果 63
3.4.2 反演結(jié)果的驗(yàn)證與分析 64
3.5 本章小結(jié) 69
參考文獻(xiàn) 69
第4章 MWHTS物理反演系統(tǒng)的改進(jìn) 72
4.1 引言 72
4.2 數(shù)據(jù)與模型 72
4.3 背景廓線的產(chǎn)生 74
4.3.1 線性回歸反演算法 74
4.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演算法 75
4.4 觀測偏差校正方案 76
4.4.1 掃描偏差校正 77
4.4.2 氣團(tuán)偏差校正 81
4.5 MWHTS物理反演系統(tǒng)的改進(jìn)及反演結(jié)果分析 85
4.5.1 反演系統(tǒng)的改進(jìn)及反演流程 85
4.5.2 背景廓線的精度對比 85
4.5.3 觀測偏差校正效果對比 87
4.5.4 觀測偏差校正對反演精度的影響 94
4.5.5 觀測偏差校正方案的穩(wěn)定性評估 95
4.6 本章小結(jié) 97
參考文獻(xiàn) 98
第5章 深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在MWHTS反演中的應(yīng)用研究 101
5.1 引言 101
5.2 數(shù)據(jù)和模型 102
5.3 算法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計 103
5.3.1 深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 103
5.3.2 基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的觀測偏差校正 104
5.3.3 基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的溫濕廓線反演 104
5.3.4 一維變分算法 106
5.3.5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計 106
5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 107
5.4.1 偏差校正結(jié)果 108
5.4.2 物理反演結(jié)果 112
5.4.3 基于觀測亮溫的統(tǒng)計反演結(jié)果 113
5.4.4 基于模擬亮溫的統(tǒng)計反演結(jié)果 114
5.5 算法穩(wěn)定性測試 115
5.6 本章小結(jié) 117
參考文獻(xiàn) 117
第6章 基于模擬亮溫的統(tǒng)計反演方案的改進(jìn) 120
6.1 引言 120
6.2 數(shù)據(jù) 121
6.2.1 大氣數(shù)據(jù)描述 121
6.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理 122
6.3 基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輻射傳輸模型 123
6.4 基于模擬亮溫的統(tǒng)計反演方案 124
6.4.1 基于模擬亮溫的統(tǒng)計反演模型 124
6.4.2 MWTS-II觀測偏差校正 125
6.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 126
6.5.1 模擬亮溫的精度對比 127
vi 星載微波探測儀反演大氣參數(shù)研究
6.5.2 MWTS-II觀測偏差校正結(jié)果 128
6.5.3 基于模擬亮溫的統(tǒng)計反演結(jié)果 131
6.6 本章小結(jié) 135
參考文獻(xiàn) 136
第7章 微波探測儀反演溫濕廓線的驗(yàn)證方法研究 138
7.1 引言 138
7.2 通道權(quán)重函數(shù)和數(shù)據(jù) 139
7.2.1 MWTS-II和MWHTS權(quán)重函數(shù)分析 139
7.2.2 大氣數(shù)據(jù) 140
7.2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理 140
7.3 反演驗(yàn)證方法 140
7.3.1 反演驗(yàn)證方法的可行性分析 140
7.3.2 反演基模擬亮溫和參考模擬亮溫的對比 142
7.3.3 根據(jù)微波探測儀各通道的主要探測范圍驗(yàn)證反演結(jié)果 142
7.4 反演結(jié)果及其驗(yàn)證 143
7.4.1 MWTS-II反演溫度廓線的驗(yàn)證 144
7.4.2 MWHTS反演溫濕廓線的驗(yàn)證 146
7.5 本章小結(jié) 150
參考文獻(xiàn) 150
第8章 MWHTS和MWTS-II融合反演海面氣壓 153
8.1 引言 153
8.2 數(shù)據(jù)及預(yù)處理 154
8.3 星載微波遙感海面氣壓原理 155
8.3.1 微波遙感海面氣壓理論基礎(chǔ) 155
8.3.2 MWHTS和MWTS-II對海面氣壓的敏感性測試 158
8.4 算法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計 162
8.4.1 基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的海面氣壓反演方法 162
8.4.2 反演實(shí)驗(yàn)設(shè)計 163
8.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 164
8.5.1 通道對反演海面氣壓的貢獻(xiàn)測試結(jié)果 165
8.5.2 MWHTS和MWTS-II融合反演海面氣壓結(jié)果 167
8.6 本章小結(jié) 169
參考文獻(xiàn) 170
第9章 MWTS-II對海面氣壓的敏感性測試研究 173
9.1 引言 173
9.2 數(shù)據(jù)和模型 174
9.3 基于DNN的MWTS-II對海面氣壓的敏感性測試方法 174
9.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計 175
9.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 177
9.5.1 MWTS-II模擬亮溫的計算結(jié)果 177
9.5.2 MWTS-II對海面氣壓的敏感性測試結(jié)果 178
9.5.3 基于模擬亮溫的海面氣壓反演結(jié)果 181
9.5.4 基于觀測亮溫的海面氣壓反演結(jié)果 183
9.6 算法穩(wěn)定性評估 185
9.7 本章小結(jié) 186
參考文獻(xiàn) 186
第10章 60GHz和118GHz的海面氣壓探測能力對比 188
10.1 引言 188
10.2 數(shù)據(jù)分類及驗(yàn)證 189
10.3 算法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計 192
10.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 193
10.4.1 60GHz通道組合和118GHz通道組合反演結(jié)果對比 193
10.4.2 60GHz擴(kuò)展通道組合反演結(jié)果 196
10.4.3 MWTS-II和MWHTS反演結(jié)果對比 198
10.5 本章小結(jié) 201
參考文獻(xiàn) 202
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