星载微波探测仪是获取全球大气温湿廓线及地表参数的重要仪器，在气候变化研究、数值天气预报、气象灾害监测与预报等大气应用中发挥着重要作用。本书以风云三号卫星搭载的两个微波探测仪（主要用于探测温湿廓线的微波湿温探测仪和探测温度廓线的微波温度计II型）为研究对象，对风云三号卫星微波探测仪遥感数据在大气中的反演应用进行了深入研究。内容包括微波探测仪遥感大气理论基础、微波探测仪对温湿廓线的物理反演及改进措施、微波探测仪对温湿廓线的统计反演及改进措施、深度神经网络在星载微波探测仪反演中的应用研究、微波探测仪反演温湿廓线的验证方法研究、星载微波遥感海面气压原理及多频段融合反演研究、微波探测仪对海面气压的敏感性测试研究、60GHz和118GHz对海面气压的探测能力对比与分析。本书开展的星载微波探测仪反演大气参数理论与方法研究对于促进微波遥感大气理论和应用的发展，以及进一步拓展国产卫星遥感数据的应用能力具有重要的理论意义和应用价值，同时可为后续星载被动微波遥感仪器的研制提供重要参考。
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作为通讯作者、第一作者发表论文14篇，其中SCI检索8篇、EI检索5篇，其他核心期刊检索1篇。
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 星载微波探测仪反演大气参数的研究背景 1
1.2 国内外星载微波探测仪的发展现状 2
1.2.1 国外星载微波探测仪的发展 2
1.2.2 国内星载微波探测仪的发展 4
1.2.3 星载微波探测仪反演大气温湿廓线的研究现状 5
1.3 风云三号D 星微波探测仪介绍 7
1.3.1 MWHTS 7
1.3.2 MWTS-II 10
参考文献 11
第2章 微波探测仪遥感大气理论基础 15
2.1 引言 15
2.2 地球大气成分和热结构概述 15
2.2.1 地球大气分层 15
2.2.2 地球大气的化学成分 16
2.2.3 压强和密度的垂直分布 17
2.2.4 地球大气的热结构 18
2.2.5 云的微物理特征 18
2.3 大气辐射传输理论 19
2.3.1 Planck黑体辐射定理 19
2.3.2 发射率和Kirchhoff定律 21
2.3.3 大气微波辐射传输 22
2.3.4 大气吸收和衰减模式 25
2.3.5 云和雨的散射贡献 33
2.4 快速辐射传输模型 37
2.5 星载微波遥感大气温湿廓线原理 41
2.5.1 星载微波探测仪遥感大气温度廓线 41
2.5.2 星载微波探测仪遥感大气水汽廓线 43
iv 星载微波探测仪反演大气参数研究
2.6 星载微波探测仪反演温湿廓线方法 44
2.6.1 反演的数学描述 46
2.6.2 最优化 46
2.6.3 统计方法 46
2.6.4 物理方法 49
2.6.5 物理统计方法 51
2.7 本章小结 51
参考文献 52
第3章 MWHTS物理反演大气温湿廓线研究 55
3.1 引言 55
3.2 一维变分算法 55
3.2.1 算法原理 55
3.2.2 影响反演精度因素讨论 56
3.3 MWHTS物理反演系统 58
3.3.1 数据与模型 58
3.3.2 先验信息 59
3.3.3 观测亮温的偏差校正 60
3.3.4 测量误差协方差矩阵 62
3.3.5 反演过程的质量控制 62
3.3.6 MWHTS物理反演系统的反演步骤 62
3.4 反演结果及分析 63
3.4.1 观测亮温的偏差校正结果 63
3.4.2 反演结果的验证与分析 64
3.5 本章小结 69
参考文献 69
第4章 MWHTS物理反演系统的改进 72
4.1 引言 72
4.2 数据与模型 72
4.3 背景廓线的产生 74
4.3.1 线性回归反演算法 74
4.3.2 神经网络反演算法 75
4.4 观测偏差校正方案 76
4.4.1 扫描偏差校正 77
4.4.2 气团偏差校正 81
4.5 MWHTS物理反演系统的改进及反演结果分析 85
4.5.1 反演系统的改进及反演流程 85
4.5.2 背景廓线的精度对比 85
4.5.3 观测偏差校正效果对比 87
4.5.4 观测偏差校正对反演精度的影响 94
4.5.5 观测偏差校正方案的稳定性评估 95
4.6 本章小结 97
参考文献 98
第5章 深度神经网络在MWHTS反演中的应用研究 101
5.1 引言 101
5.2 数据和模型 102
5.3 算法和实验设计 103
5.3.1 深度神经网络算法 103
5.3.2 基于深度神经网络的观测偏差校正 104
5.3.3 基于深度神经网络的温湿廓线反演 104
5.3.4 一维变分算法 106
5.3.5 实验设计 106
5.4 实验结果 107
5.4.1 偏差校正结果 108
5.4.2 物理反演结果 112
5.4.3 基于观测亮温的统计反演结果 113
5.4.4 基于模拟亮温的统计反演结果 114
5.5 算法稳定性测试 115
5.6 本章小结 117
参考文献 117
第6章 基于模拟亮温的统计反演方案的改进 120
6.1 引言 120
6.2 数据 121
6.2.1 大气数据描述 121
6.2.2 数据预处理 122
6.3 基于深度神经网络的辐射传输模型 123
6.4 基于模拟亮温的统计反演方案 124
6.4.1 基于模拟亮温的统计反演模型 124
6.4.2 MWTS-II观测偏差校正 125
6.5 实验结果 126
6.5.1 模拟亮温的精度对比 127
vi 星载微波探测仪反演大气参数研究
6.5.2 MWTS-II观测偏差校正结果 128
6.5.3 基于模拟亮温的统计反演结果 131
6.6 本章小结 135
参考文献 136
第7章 微波探测仪反演温湿廓线的验证方法研究 138
7.1 引言 138
7.2 通道权重函数和数据 139
7.2.1 MWTS-II和MWHTS权重函数分析 139
7.2.2 大气数据 140
7.2.3 数据预处理 140
7.3 反演验证方法 140
7.3.1 反演验证方法的可行性分析 140
7.3.2 反演基模拟亮温和参考模拟亮温的对比 142
7.3.3 根据微波探测仪各通道的主要探测范围验证反演结果 142
7.4 反演结果及其验证 143
7.4.1 MWTS-II反演温度廓线的验证 144
7.4.2 MWHTS反演温湿廓线的验证 146
7.5 本章小结 150
参考文献 150
第8章 MWHTS和MWTS-II融合反演海面气压 153
8.1 引言 153
8.2 数据及预处理 154
8.3 星载微波遥感海面气压原理 155
8.3.1 微波遥感海面气压理论基础 155
8.3.2 MWHTS和MWTS-II对海面气压的敏感性测试 158
8.4 算法和实验设计 162
8.4.1 基于深度神经网络的海面气压反演方法 162
8.4.2 反演实验设计 163
8.5 实验结果 164
8.5.1 通道对反演海面气压的贡献测试结果 165
8.5.2 MWHTS和MWTS-II融合反演海面气压结果 167
8.6 本章小结 169
参考文献 170
第9章 MWTS-II对海面气压的敏感性测试研究 173
9.1 引言 173
9.2 数据和模型 174
9.3 基于DNN的MWTS-II对海面气压的敏感性测试方法 174
9.4 实验设计 175
9.5 实验结果 177
9.5.1 MWTS-II模拟亮温的计算结果 177
9.5.2 MWTS-II对海面气压的敏感性测试结果 178
9.5.3 基于模拟亮温的海面气压反演结果 181
9.5.4 基于观测亮温的海面气压反演结果 183
9.6 算法稳定性评估 185
9.7 本章小结 186
参考文献 186
第10章 60GHz和118GHz的海面气压探测能力对比 188
10.1 引言 188
10.2 数据分类及验证 189
10.3 算法和实验设计 192
10.4 实验结果 193
10.4.1 60GHz通道组合和118GHz通道组合反演结果对比 193
10.4.2 60GHz扩展通道组合反演结果 196
10.4.3 MWTS-II和MWHTS反演结果对比 198
10.5 本章小结 201
参考文献 202
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