卫星遥感反演降水研究综述(论文笔记)

1:星载传感器降水反演算法的主要原理


卫星遥感反演降水研究综述(论文笔记)_第1张图片

2:星载传感器的降水反演算法


卫星遥感反演降水研究综述(论文笔记)_第2张图片

2.1:可见光/红外( VIS /IR) 降水反演算法

该算法利用了冷云和暖云的物理性质。冷云和暖云的存在与对流有关,对流云系会产生降水。在可见光及红外光波段测得的云顶信息,可用来间接估算地表降水。具体而言,即建立云顶红外温度与降雨概率和强度之间的关系。

2.2:被动微波( PMW) 降水反演算法

与可见光和红外波段相比,微波拥有前者不可比拟的优势。第一,在以被动遥感方式观测降水时,由于雨滴强烈影响微波辐射传输过程,因此星载微波辐射计可以容易地探测到降雨信息。第二,微波在云雨大气中具有很强的穿透性,能够在恶劣天气条件下进行全天候的工作。第三,降水云体内部产生的辐射信息可以到达星载微波辐射计,因其本身就直接包含了降水结构信息,所以利用微波资料反演降水更为直接,比VIS /IR 算法具有更坚实的物理基础。

2.3:降水雷达( PR) 反演算法


TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)实验计划是美国和日本合作开展的热带降雨测量计划,日本负责提供TRMM卫星的H-2发射火箭和星载关键仪器测雨雷达。

根据气象雷达回波强度推算降水强度和降水量。它具有能够大面积遥测的优点。测量方法主要有两种:①利用雷达反射因子Z(见气象雷达方程)和降水强度I 的关系测雨强;②利用雨使雷达波衰减的效应(见云和降水中的微波衰减)和降水强度I 的关系测雨强。

标准PR 算法的基本原理是通过估算真实的雷达反射率,利用降水垂直分布廓线来反演降水。真实的雷达反射率Ze
( r) 与测量的雷达反射率Zm( r)之间存在以下关系:


其中,r 表示雷达到目标的距离; δZm( r) 表示测量值Zm( r) 存在的误差;


其中,A( r) 是衰减系数; PIA( r) 是双向路径积分衰减( PIA) 。在自然界中存在着很多因素都会影响PIA,具体可表示为:
卫星遥感反演降水研究综述(论文笔记)_第3张图片

其中,公式右边的系数2 表示双向衰减,kP、kCLW、kWV和kO2分别代表由降水、云液态水( CLW) 、水蒸气( WV) 和氧分子所导致的衰减。由于主要的衰减来源于降水粒子,所以是降水反演算法的关键所在。关于降水垂直分布廓线的反演算法可分为两步。首先,由测得的垂直廓线Zm估算Ze,这一步相当于对雷达信号衰减进行校正。然后,再建立起Ze与降水速率R 之间的幂次关系,即:

2.4:多传感器联合反演算法

采样频率,也称为采样速度或者 采样率 ,定义了每秒从 连续信号 中提取并组成离散信号的采样个数,它用赫兹(Hz)来表示。采样频率的倒数是 采样周期 或者叫作 采样时间 ,它是采样之间的时间间隔。通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本,是描述声音文件的 音质 、音调,衡量 声卡 、声音文件的质量标准。
地球同步轨道,(英文:geostationary earth orbit,简写GEO)卫星的轨道周期等于地球的自转周期,且方向亦与之一致,见同步轨道。轨道平面与地球赤道平面重合,即卫星与地面的位置相对保持不变,则称为地球静止轨道。
实现地球同步轨道,需满足下列条件:
  • 卫星运行方向与地球自转方向相同;
  • 轨道偏心率为0,即轨道是圆形的;
  • 轨道周期等于地球自转周期(23小时56分4秒),静止卫星的高度为35786公里。
通讯卫星常使用于这种轨道,但导航卫星则否。
三种广泛使用的反演算法:
1.气候预测中心形变算法( CMORPH)
2.TRMM多卫星降水分析算法( TMPA)
3.GSMaP降水反演算法
该算法利用TRMM 数据的各种不同属性,使用PR 算法、雨区/无雨区分类方法以及散射算法,来估算得到水凝物廓线。

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