CN105808874A - 一种大气顶层微波传输模型函数的建立方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种大气顶层微波传输模型函数的建立方法及装置，其中方法包括：包括：建立在无降水情况下的基于L波段、C波段和K波段的大气透过率的修正函数模型、大气上行辐射亮温的修正函数模型和大气下行辐射亮温的修正函数模型；建立基于L波段的粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型；建立基于L波段的大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型；在同一个波段内，基于上述修正函数模型，建立大气顶层微波传输函数模型，通过参数抵消消除大气影响、宇宙辐射影响和法拉第旋转效应影响的影响参数，进而达到消除大气衰减、宇宙辐射和拉第旋转效应的影响。

Description

一种大气顶层微波传输模型函数的建立方法及装置

技术领域

本发明涉及海表面盐度遥感测量技术领域，特别属于一种大气顶层微波传输模型函数的建立方法及装置。

背景技术

土壤湿度与海水盐度(SMOS)卫星，为欧洲航天局于2009年发射于俄罗斯北部阿尔汉格尔州以南200公里的普列谢茨克发射场，由位于法国图卢兹的国家空间研究中心代表欧洲空间局进行控制，定位于距离地面760公里的太阳同步轨道，属低轨卫星；主要用于测绘海洋盐度图和监测整地球土壤水份含量。

海洋辐射传输模型和大气顶层微波辐射传输模型是海表面盐度遥感测量的基础，描述了亮温与反演参数之间的关系；星载辐射计测量的亮温包括大气上行辐射亮温、大气下行辐射亮温、宇宙辐射亮温以及海洋表面直接辐射亮温，这里的大气辐射和海面的直接辐射同时被大气衰减、宇宙辐射和拉第旋转效应所影响，进而影响大气顶层微波辐射传输模型的精确度，最终导致海表面盐度遥感测量工作出现误差。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种大气顶层微波传输模型函数的建立方法及装置，达到消除大气衰减、宇宙辐射和拉第旋转效应对海表面遥感测量过程中大气顶层微波辐射传输模型的精确度的影响。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明实施例提供了一种大气顶层微波传输模型函数的建立方法，包括：

建立在无降水情况下的基于L波段、C波段和K波段的大气透过率的修正函数模型、大气上行辐射亮温的修正函数模型和大气下行辐射亮温的修正函数模型；

建立基于L波段的粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型；

建立基于L波段的大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型；

在同一个波段内，基于所述大气透过率的修正函数模型、所述大气上行辐射亮温的修正函数模型、所述大气下行辐射亮温的修正函数模型、所述粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型、所述大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型，建立大气顶层微波传输函数模型，通过参数抵消消除大气影响、宇宙辐射影响和法拉第旋转效应影响的影响参数；所述大气顶层微波传输函数模型为：

TB_v＝T_BU+τE_vT_s+τR_V(T_BD+τT_BC),

TB_h＝T_BU+τE_hT_s+τR_h(T_BD+τT_BC)；

其中，TB_v和TB_h是大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型，T_BU为大气上行辐射亮温的函数模型，T_BD为大气下行辐射亮温的修正函数模型，T_BC为粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型，τ为大气透过率的修正函数模型，T_s为海表温度，E_v垂直极化海面发射率，E_h为水平极化海面发射率，R_v为垂直极化海面反射率，R_h为水平极化海面反射率。

优选地，所述建立基于L波段、C波段和K波段的大气透过率的修正函数模型、大气上行辐射亮温的修正函数模型和大气下行辐射亮温的修正函数模型，包括：

在L波段，设置使大气上行辐射亮温等于大气下行辐射亮温，并设置L波段大气透过率τ、上行辐射亮温和下行辐射亮温Tb_atm的修正函数模型如下：

τ＝1-A_atm，其中A_atm＝A_O2+A_V；

Tb_atm＝Tb_O2+Tb_V；

A_Aatm为吸收系数，A_o2、A_v分别为氧气吸收系数和水汽吸收系数；Tb_o2、Tb_v分别为氧气辐射亮温和水汽辐射亮温；

其中，所述氧气的辐射亮温为：Tb_O2＝(T₀-DT_O2)×A_O2，

$\begin{array}{c}{A}_{O2}={10}^{-6}\×\left(a_{o2}\right(1)+a_{o2}\left(2\right)\×T_0+a_{o2}\left(3\right)\×P_0\\ +a_{o2}\left(4\right)\×T_0^2+a_{o2}\left(5\right)\×P_0^2+a_{o2}\left(6\right)\×T_0\×P_0)/\cos \left(\mathrm{\θ}\right)\end{array},$

$\begin{array}{c}{\mathrm{DT}}_{O2}=b_{o2}\left(1\right)+b_{o2}\left(2\right)\×T_0+a_{o2}\left(3\right)\×P_0\\ +b_{o2}\left(4\right)\×T_0^2+b_{o2}\left(5\right)\×P_0^2+b_{o2}\left(6\right)\×T_0\×P_0\end{array},$

θ是辐射计天线的视轴观测角，T₀是海表大气温度，P₀是海表大气压；

所述水汽辐射亮温为：Tb_V＝(T₀-DT_V)×A_V，其中A_V＝max(A_v1，0)，

A_V1＝10^-6×(a_V(1)+a_V(2)×p₀+a_V(3)×V_c)/cos(θ)

DT_V＝b_V(1)+b_V(2)×P₀+b_V(3)×Vc，Vc是水汽含量；

在C波段和K波段，按照如下公式计算得到C波段和K波段大气透过率τ、上行辐射亮温T_BU和下行辐射亮温T_BD的修正函数模型：

τ＝exp[-(A_O+A_V+A_L)/cos(θ)]，

T_BU＝T_U×(1-τ)，

T_BD＝T_D×(1-τ)；

其中，A_o、A_v和A_L分别是氧气、水汽和云液水的吸收系数，T_U、T_D分别是上行大气等效温度和下行大气等效温度，T_U＝T_D+b₆+b₇Vc；

其中，当|Ts-Tv|<＝20K时，当|Ts-Tv|>20K时，Ts为海表温度；并且，当V_c≤48时，T_V＝273.16+0.8337Vc-3.029×10^-5Vc^3.33，当V_c﹥48时，T_V＝301.16；

其中，A_o、A_v和A_L分别由以下公式计算：A_O＝a_o1+a_o2(T_D-270)，A_V＝a_V1·Vc+a_V2·Vc²，A_L＝a_L1·[1-a_L2(T_L-283)]·L，式中T_L为云的平均温度，L为云液水含量。

所述建立基于L波段的粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型，包括：

建立粗糙海面散射的宇宙辐射亮温与非极化宇宙辐射亮温的函数关系模型：

对所述函数关系模型进行简化得到经验模型；

基于所述经验模型，在辐射计测量参数基础上运算得到最终粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型。

优选地，所述对所述函数关系模型进行简化得到经验模型包括：

在所述粗糙海面散射的宇宙辐射亮温与非极化宇宙辐射亮温的函数关系模型的基础上，进行参数简化，得到下述经验模型：

$T_p^s(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&delta;},{\mathrm{\&theta;}}_r,{\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{uo}},u_{10})=\mathrm{\&tau;}\&CenterDot;A_p(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&delta;},{\mathrm{\&theta;}}_r,{\mathrm{\&psi;}}_{\mathrm{uo}},u_{10});$

对上述经验模型进行运算，式中，为粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型，τ为大气透过率的修正函数模型，α是辐射计视轴镜面反射方向的赤经，δ是辐射计视轴镜面反射方向的赤纬，θ_r是辐射计天线的视轴观测角，ψ_uo是天球旋转角，u₁₀是海表10米高处风速；

天球旋转角ψ_uo通过以下方式求得：

${\mathrm{\&psi;}}_{uo}={\tan }^{-1}\left(\frac{{\hat{h}}_c{\tilde{v}}_u}{{\hat{h}}_c{\tilde{h}}_u}\right),$

式中，

其中，是海表面观测点到卫星的方位角，以东为起点，逆时针旋转计算得到；θ是海表观测点到卫星的天顶角，α是辐射计视轴镜面反射方向的赤经，δ是辐射计视轴镜面反射方向的赤纬，

其中，θ₁＝lat-90，lon为海表观测点的经度，lat为海表观测点的纬度；G＝-592219.924311645+360.985647355665T+0.29079e-1.2T²，T为B1950历元时间。

所述建立大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的修正函数模型和水平极化辐射亮温的修正函数模型，包括：

设立计算公式：

$\left[\begin{array}{c}{T}_x\\ T_y\\ A_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{\cos }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& {\sin }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& -cos\left(\mathrm{\&alpha;}\right)sin\left(\mathrm{\&alpha;}\right)\\ {\sin }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& {\cos }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& \cos \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\sin \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\\ sin\left(2\mathrm{\&alpha;}\right)& -sin\left(2\mathrm{\&alpha;}\right)& cos\left(2\mathrm{\&alpha;}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{T}_h\\ T_v\\ T_3\end{array}\right],$

式中，α是旋转角，T_h、T_v、T₃分别为大气层顶部电离层底的Stokes参数，T_x、T_y、A₃分别为相应的经电离层旋转后的传感器端Stokes参数；其中，旋转角α＝ω_f+ψ+φ，ω_f为法拉第旋转角，ψ+φ为几何旋转角；

利用地球磁场分布、电离层电子总含量数据及电磁波传播路径，对法拉第旋转角进行计算：

ω_f≈1.355×10⁴f^-2×TEC×B×U_R/cosθ_i，式中，f是工作频率，TEC是电离层电子总含量，B为地球电磁场矢量，U_R是地表观测视线矢量，θ_i是辐射计天线的视轴观测角；

地球电磁场矢量B＝B₀[cos(B_inc)·cos(B_dec)cos(B_inc)·sin(B_dec)sin(B_dec)]，B₀是地球电磁场强度，B_dec是地磁场的磁偏角，B_inc是地磁场的倾角；

地表观测视线矢量U_R为：

式中，θ_i是辐射计天线的视轴观测角，是观测方位角；

最终得到的T_h函数模型即为水平极化亮温TB_h的电离层法拉第旋转修正函数模型，T_v函数模型即为垂直极化亮温TB_v的电离层法拉第旋转修正函数模型。

本发明实施例还提供了一种大气顶层微波传输模型函数的建立装置，包括：

第一建立模块，用于建立在无降水情况下的基于L波段、C波段和K波段的大气透过率的修正函数模型、大气上行辐射亮温的修正函数模型和大气下行辐射亮温的修正函数模型；

第二建立模块，用于建立基于L波段的粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型；

第三建立模块，用于建立大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型；

第四建立模块，用于在同一个波段内，基于所述大气透过率的修正函数模型、所述大气上行辐射亮温的修正函数模型、所述大气下行辐射亮温的修正函数模型、所述粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型、所述大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型，建立大气顶层微波传输函数模型，通过参数抵消消除大气影响、宇宙辐射影响和法拉第旋转效应影响的影响参数；所述大气顶层微波传输函数模型为：

TB_v＝T_BU+τE_vT_s+τR_V(T_BD+τT_BC),

TB_h＝T_BU+τE_hT_s+τR_h(T_BD+τT_BC)；

其中，TB_v和TB_h是大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型，T_BU为大气上行辐射亮温的函数模型，T_BD为大气下行辐射亮温的修正函数模型，T_BC为粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型，τ为大气透过率的修正函数模型，T_s为海表温度，E_v垂直极化海面发射率，E_h为水平极化海面发射率，R_v为垂直极化海面反射率，R_h为水平极化海面反射率。

优选地，所述第一建立模块用于：

在L波段，设置使大气上行辐射亮温等于大气下行辐射亮温，并设置L波段大气透过率τ、上行辐射亮温和下行辐射亮温Tb_atm的修正函数模型如下：

τ＝1-A_atm，其中A_atm＝A_O2+A_V；

Tb_atm＝Tb_O2+Tb_V；

A_Aatm为吸收系数，A_o2、A_v分别为氧气吸收系数和水汽吸收系数；Tb_o2、Tb_v分别为氧气辐射亮温和水汽辐射亮温；

氧气的辐射亮温为：Tb_O2＝(T₀-DT_O2)×A_O2，

其中，

$\begin{array}{c}{\mathrm{DT}}_{O2}=b_{o2}\left(1\right)+b_{o2}\left(2\right)\&times;T_0+a_{o2}\left(3\right)\&times;P_0\\ +b_{o2}\left(4\right)\&times;T_0^2+b_{o2}\left(5\right)\&times;P_0^2+b_{o2}\left(6\right)\&times;T_0\&times;P_0\end{array},$

式中，θ是辐射计天线的视轴观测角，T₀是海表大气温度，P₀是海表大气压；

水汽辐射亮温为：Tb_V＝(T₀-DT_V)×A_V，其中A_V＝max(A_v1，0)，

A_V1＝10^-6×(a_V(1)+a_V(2)×p₀+a_V(3)×V_c)/cos(θ)

DT_V＝b_V(1)+b_V(2)×P₀+b_V(3)×Vc，Vc是水汽含量；

在C波段和K波段，按照如下公式计算得到C波段和K波段大气透过率τ、上行辐射亮温T_BU和下行辐射亮温T_BD的修正函数模型：

τ＝exp[-(A_O+A_V+A_L)/cos(θ)]，

T_BU＝T_U×(1-τ)，

T_BD＝T_D×(1-τ)；

其中，A_o、A_v和A_L分别是氧气、水汽和云液水的吸收系数，T_U、T_D分别是上行大气等效温度和下行大气等效温度：T_U＝T_D+b₆+b₇Vc；

其中，当|Ts-Tv|<＝20K时，当|Ts-Tv|>20K时，Ts为海表温度；并且，当V_c≤48时，T_V＝273.16+0.8337Vc-3.029×10^-5Vc^3.33，当V_c﹥48时，T_V＝301.16；

其中，A_o、A_v和A_L由以下公式计算：A_O＝a_o1+a_o2(T_D-270)，A_V＝a_V1·Vc+a_V2·Vc²，A_L＝a_L1·[1-a_L2(T_L-283)]·L，式中T_L为云的平均温度，L为云液水含量。

优选地，所述第二建立模块包括：

函数关系模型建立单元，用于建立粗糙海面散射的宇宙辐射亮温与非极化宇宙辐射亮温的函数关系模型；

简化单元，用于对所述函数关系模型进行简化得到经验模型；

运算单元，用于基于所述经验模型，在辐射计测量参数基础上运算得到最终粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型。

优选地，所述简化单元用于：在所述粗糙海面散射的宇宙辐射亮温与非极化宇宙辐射亮温的函数关系模型的基础上，进行参数简化，得到下述经验模型：

所述运算单元用于对所述经验模型进行运算，上式中，为粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型，τ为大气透过率的修正函数模型，α是辐射计视轴镜面反射方向的赤经，δ是辐射计视轴镜面反射方向的赤纬，θ_r是辐射计天线的视轴观测角，ψ_uo是天球旋转角，u₁₀是海表10米高处风速；

天球旋转角ψ_uo通过以下方式求得：

${\mathrm{\&psi;}}_{uo}={\tan }^{-1}\left(\frac{{\hat{h}}_c{\tilde{v}}_u}{{\hat{h}}_c{\tilde{h}}_u}\right),$

式中，

式中，是海表面观测点到卫星的方位角，以东为起点，逆时针旋转计算得到，θ是海表观测点到卫星的天顶角，α是辐射计视轴镜面反射方向的赤经，δ是辐射计视轴镜面反射方向的赤纬，

其中，θ₁＝lat-90，lon为海表观测点的经度，lat为海表观测点的纬度；G＝-592219.924311645+360.985647355665T+0.29079e-1.2T²，T为B1950历元时间。

优选地，所述第三建立模块用于：

设立计算公式：

$\left[\begin{array}{c}{T}_x\\ T_y\\ A_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{\cos }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& {\sin }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& -cos\left(\mathrm{\&alpha;}\right)sin\left(\mathrm{\&alpha;}\right)\\ {\sin }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& {\cos }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& \cos \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\sin \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\\ sin\left(2\mathrm{\&alpha;}\right)& -sin\left(2\mathrm{\&alpha;}\right)& cos\left(2\mathrm{\&alpha;}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{T}_h\\ T_v\\ T_3\end{array}\right],$

式中，α是旋转角，T_h、T_v、T₃分别为大气层顶部电离层底的Stokes参数，T_x、T_y、A₃分别为相应的经电离层旋转后的传感器端Stokes参数；其中，旋转角α＝ω_f+ψ+φ，ω_f为法拉第旋转角，ψ+φ为几何旋转角；

利用地球磁场分布、电离层电子总含量数据及电磁波传播路径，对法拉第旋转角进行计算：

ω_f≈1.355×10⁴f^-2×TEC×B×U_R/cosθ_i，式中，f是工作频率，TEC是电离层电子总含量，B为地球电磁场矢量，U_R是地表观测视线矢量，θ_i是辐射计天线的视轴观测角；

地球电磁场矢量B＝B₀[cos(B_inc)·cos(B_dec)cos(B_inc)·sin(B_dec)sin(B_dec)]，B₀是地球电磁场强度，B_dec是地磁场的磁偏角，B_inc是地磁场的倾角；

地表观测视线矢量U_R为：

式中，θ_i是辐射计天线的视轴观测角，是观测方位角；

最终得到的T_h函数模型即为水平极化亮温TB_h的电离层法拉第旋转修正函数模型，T_v函数模型即为垂直极化亮温TB_v的电离层法拉第旋转修正函数模型。

本发明实施例所提供的一种大气顶层微波传输模型的校正方法及装置，能够通过建立对L波段、C波段和K波段无降水大气影响的大气透过率τ的修正函数模型、大气上行辐射亮温T_BU的修正函数模型和大气下行辐射亮温T_BD的修正函数模型，以及建立L波段粗糙海面散射的宇宙辐射亮温T_BC的修正函数模型、L波段电离层法拉第旋转垂直极化亮温TB_v的修正函数模型和水平极化亮温TB_h的修正函数模型后，将各个修正函数模型带入大气顶层微波传输修正模型函数进行运算能够抵消掉大气影响、宇宙辐射影响和法拉第旋转效应影响的参数，进而达到修正的效果，降低盐度测量的误差。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一个实施例提供的一种大气顶层微波传输模型函数的建立方法示意图；

图2为本发明一个实施例提供的一种大气顶层微波传输模型函数的建立方法过程中粗糙海面散射的L波段宇宙辐射的几何关系意图；

图3为本发明一个实施例提供的一种大气顶层微波传输模型函数的建立装置结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

宇宙中的电磁辐射会经过电离层、大气层到达海洋表面，电离层的影响会产生法拉第旋转效应，由于法拉第旋转效应，大气底层的微波极化辐射到达测量传感器时会在电离层被极化旋转，进而对水平极化亮温TB_h和垂直极化亮温TB_v产生影响；在大气层由于大气层中具有水汽、氧气和云层(云层中会含有液态水)，进而会影响大气透过率、大气上行辐射亮温和大气下行辐射亮温；当到达海面时，由于海面是粗糙的、不均匀的，因此会造成宇宙辐射亮温在空间分布上存在有极大地不均匀性，上述因素会导致难以得到一个准确的粗糙海面散射的宇宙辐射函数模型。

本申请在基于辐射计天线的自身状态的数据(比如视轴观测角等)和得到的测量数据以及现有的计算软件能够得到的测量数据基础上对上述各项辐射亮温进行运算表示得到其各自的修正函数模型。

如图1所示的实施例，本发明实施例提供了一种大气顶层微波传输模型函数的建立方法，包括：

S110、建立在无降水情况下的基于L波段、C波段和K波段的大气透过率的修正函数模型、大气上行辐射亮温的修正函数模型和大气下行辐射亮温的修正函数模型；

其中L波段的电磁波频率为1-2GHZ之间，C波段的频率在4-8GHZ之间，K波段的频率在18-27HZ之间。

S120、建立基于L波段的粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型；

L波段比较特殊，组成宇宙的氢原子辐射正好是在L波段，所以能量很大，需要进行L波段宇宙辐射亮温修正；

而C波段及以上波段的宇宙辐射亮温是个常数，为2.7K，因此不需要做特殊修正考虑；优选地，本实施例中在6.9GHZ频点以上的频段中的修正过程中只需让T_BC等于2.7即可。

S130、建立基于L波段的大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型；

S140、在同一个波段内，基于所述大气透过率的修正函数模型、所述大气上行辐射亮温的修正函数模型、所述大气下行辐射亮温的修正函数模型、所述粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型、所述大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型，建立大气顶层微波传输函数模型，通过参数抵消消除大气影响、宇宙辐射影响和法拉第旋转效应影响的影响参数；

所述大气顶层微波传输函数模型为：

TB_v＝T_BU+τE_vT_s+τR_V(T_BD+τT_BC),

TB_h＝T_BU+τE_hT_s+τR_h(T_BD+τT_BC)；

其中，TB_v和TB_h是大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型，T_BU为大气上行辐射亮温的函数模型，T_BD为大气下行辐射亮温的修正函数模型，T_BC为粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型，τ为大气透过率的修正函数模型，T_s为海表温度，E_v垂直极化海面发射率，E_h为水平极化海面发射率，R_v为垂直极化海面反射率，R_h为水平极化海面反射率。

上述实施例中，具体通过以下方式建立基于L波段、C波段和K波段的大气透过率的修正函数模型、大气上行辐射亮温的修正函数模型和大气下行辐射亮温的修正函数模型：

在无降水状态下，微波波段大气主要影响成份是水汽、氧气和云层中的液态水，数值模拟表明，L波段大气影响较小，大气上行辐射亮温T_BU和大气下行辐射亮温T_BD非常接近，因此，在L波段，我们可以设置使使使大气上行辐射亮温等于大气下行辐射亮温，并用Tb_atm表示；

在L波段，设置L波段大气透过率τ、上行辐射亮温和下行辐射亮温Tb_atm的修正函数模型如下：

τ＝1-A_atm，其中A_atm＝A_O2+A_V；

Tb_atm＝Tb_O2+Tb_V；

A_atm为吸收系数，A_o2、A_v分别为氧气吸收系数和水汽吸收系数；Tb_o2、Tb_v分别为氧气的辐射亮温和水汽的辐射亮温；

其中，所述氧气的辐射亮温为：Tb_O2＝(T₀-DT_O2)×A_O2，

$\begin{array}{c}{A}_{O2}={10}^{-6}\&times;\left(a_{o2}\right(1)+a_{o2}\left(2\right)\&times;T_0+a_{o2}\left(3\right)\&times;P_0\\ +a_{o2}\left(4\right)\&times;T_0^2+a_{o2}\left(5\right)\&times;P_0^2+a_{o2}\left(6\right)\&times;T_0\&times;P_0)/\cos \left(\mathrm{\&theta;}\right)\end{array},$

${\mathrm{DT}}_{O2}=b_{o2}\left(1\right)+b_{o2}\left(2\right)\&times;T_o+b_{o2}\left(3\right)\&times;p_0+b_{o2}\left(4\right)\&times;T_0^2+b_{o2}\left(5\right)\&times;P_0^2+b_{o2}\left(6\right)\&times;T_0\&times;P_0,$

此处θ是辐射计天线的视轴观测角，T₀是海表大气温度，P₀是海表大气压；

所述水汽辐射亮温为：Tb_V＝(T₀-DT_V)×A_V，其中A_V＝max(A_v1，0)，

A_V1＝10^-6×(a_V(1)+a_V(2)×p₀+a_V(3)×V_c)/cos(θ)，

DT_V＝b_V(1)+b_V(2)×P₀+b_V(3)×Vc，

此处θ是辐射计天线的视轴观测角，Vc是水汽含量，P₀是海表大气压，T₀是海表大气温度，DT_V为中间变量，b_V(1)、b_V(2)、b_V(3)均为系数。

在C波段和K波段，特别是在常用的卫星设备的三个频点为6.9GHZ、18.7GHZ和23.8GHZ处，按照如下公式计算得到C波段和K波段大气透过率τ、上行辐射亮温T_BU和下行辐射亮温T_BD的修正函数模型：

τ＝exp[-(A_O+A_V+A_L)/cos(θ)]，

T_BU＝T_U×(1-τ)，

T_BD＝T_D×(1-τ)；

式中，θ是辐射计天线的视轴观测角，A_o、A_v和A_L分别是氧气、水汽和云液水的吸收系数；

T_U、T_D分别是上行大气等效温度和下行大气等效温度，T_U＝T_D+b₆+b₇Vc；

其中，当|Ts-Tv|<＝20K时，当|Ts-Tv|>20K时，Ts为海表温度；并且，当V_c≤48时，T_V＝273.16+0.8337Vc-3.029×10^-5Vc^3.33，V_c是水汽含量，当V_c﹥48时，T_V＝301.16；

其中，A_o、A_v和A_L分别由以下公式计算：A_O＝a_o1+a_o2(T_D-270)，A_V＝a_V1·Vc+a_V2·Vc²，A_L＝a_L1·[1-a_L2(T_L-283)]·L，式中T_L为云的平均温度，L为云液水含量。

上述建立基于L波段的粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型，包括：

建立粗糙海面散射的宇宙辐射亮温与非极化宇宙辐射亮温的函数关系模型：

对所述函数关系模型进行参数简化得到经验模型；

基于所述经验模型，在辐射计测量参数基础上运算得到最终粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型。

如图2所示的实施例，一个圆形波束宽度为β_a的辐射计天线以视轴观测角θ_r，方位角Φ_r观测地球表面，如果位于辐射计天线视场内的粗糙海表面积分区域为dA，在立体角Ω_s内所有方向(附图中仅以其中一个方向作例子)上都被宇宙辐射影响，对于辐射计天线接收来说，在向量方向上，部分干扰能量会被散射，区域dA在方向上的散射的宇宙能量由辐射亮温表示，在方向上入射的非极化宇宙辐射亮温由表示，它在穿过大气的下视路径上被进一步衰减；假设海表面粗糙度仅由风速矢量决定，是海表10米高处风速，为风向角，那么在方向上，p极化下，粗糙海面散射的宇宙辐射亮温和非极化宇宙辐射亮温有如下关系：

其中，为在散射方向入射方向的海表面散射系数，θ_g和分别是地表入射点(在图中为向量n_r的起始点)的经度和纬度，t是测量的时刻，第一个下标p指的是散射波的极化形式，p可以是垂直极化或者水平极化，第二个下标q指的是入射波的极化形式，q可以是垂直极化或者水平极化，τ_a为L波段大气衰减系数；

上述粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的影响参数有8个，计算过程复杂，需要使用较长的计算时间，考虑到宇宙背景辐射亮温T_sky是稳定的，随风向变化很小(可以忽略)，而且上述各角度之间具有一定的关联性，因此的表达式可以进行参数简化，得到下述经验模型：

对上述经验模型进行运算，在辐射计测量参数基础上得到最终粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型；

式中，为粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型，τ为大气透过率的修正函数模型，α是辐射计视轴镜面反射方向的赤经，δ是辐射计视轴镜面反射方向的赤纬，θ_r是辐射计天线的视轴观测角，ψ_uo是天球旋转角，u₁₀是海表10米高处风速；

天球旋转角ψ_uo通过以下方式求得：

${\mathrm{\&psi;}}_{uo}={\tan }^{-1}\left(\frac{{\hat{h}}_c{\tilde{v}}_u}{{\hat{h}}_c{\tilde{h}}_u}\right),$

式中，

其中，是海表面观测点到卫星的方位角，以东为起点，逆时针旋转计算得到；此处的θ是海表观测点到卫星的天顶角，α是辐射计视轴镜面反射方向的赤经，δ是辐射计视轴镜面反射方向的赤纬，

其中，θ₁＝lat-90，lon为海表观测点的经度，lat为海表观测点的纬度；G＝-592219.924311645+360.985647355665T+0.29079e-1.2T²，T为B1950历元时间。

上述建立大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的修正函数模型和水平极化辐射亮温的修正函数模型，包括：

设立计算公式：

$\left[\begin{array}{c}{T}_x\\ T_y\\ A_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{\cos }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& {\sin }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& -cos\left(\mathrm{\&alpha;}\right)sin\left(\mathrm{\&alpha;}\right)\\ {\sin }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& {\cos }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& \cos \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\sin \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\\ sin\left(2\mathrm{\&alpha;}\right)& -sin\left(2\mathrm{\&alpha;}\right)& cos\left(2\mathrm{\&alpha;}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{T}_h\\ T_v\\ T_3\end{array}\right],$

式中，α是旋转角，T_h、T_v、T₃分别为大气层顶部电离层底的Stokes参数，T_x、T_y、A₃分别为相应的经电离层旋转后的传感器端Stokes参数；其中，旋转角α＝ω_f+ψ+φ，ω_f为法拉第旋转角，ψ+φ为几何旋转角，该几何旋转角一般是根据卫星轨道和姿态通过软件计算得到；

利用地球磁场分布、电离层电子总含量数据及电磁波传播路径，对法拉第旋转角进行计算：

ω_f≈1.355×10⁴f^-2×TEC×B×U_R/cosθ_i，式中，f是工作频率，TEC是电离层电子总含量，B为地球电磁场矢量，U_R是地表观测视线矢量，θ_i是辐射计天线的视轴观测角；

地球电磁场矢量B＝B₀[cos(B_inc)·cos(B_dec)cos(B_inc)·sin(B_dec)sin(B_dec)]，B₀是地磁场强度，B_dec是地磁场的磁偏角，B_inc是地磁场的倾角；

地表观测视线矢量U_R为：

式中，θ_i是辐射计天线的视轴观测角，是观测方位角；

最终得到的T_h函数模型即为水平极化亮温TB_h的修正函数模型，T_v函数模型即为垂直极化亮温TB_v的修正函数模型。

并且，上述实施例中也可以利用全极化亮温数据反演法拉第旋转角，定义第二和第三Stokes矢量Q和A₃：

Q＝T_x-T_y＝(T_h-T_v)·cos2α，

A₃＝(T_h-T_v)·sin2α+cos2α·T₃；

由于L波段海表面辐射的T₃很小，因此可以忽略cos2α·T₃，则旋转角α可以由下式计算得到：式中T_x、T_y、A₃是卫星天线端测量的三个Stokes参数。

最终，法拉第旋转角ω_f为：ω_f＝α+ψ+φ。

本实施例中根据我国盐度星项目，提出L波段、C波段和K波段无降水大气影响、L波段宇宙辐射修正和L波段法拉第旋转修正的技术，并利用我国盐度星自身载荷测量数据完成上述修正。不同于SMOS计划和Aquarius计划中采用的ECMWF和NCEP辅助数据进行修正，提高了进行盐度测量工作过程中建立基础模型的准确度。

如图3所示的实施例，本发明实施例还提供了一种大气顶层微波传输模型函数的建立装置，包括：

第一建立模块310，用于建立在无降水情况下的基于L波段、C波段和K波段的大气透过率的修正函数模型、大气上行辐射亮温的修正函数模型和大气下行辐射亮温的修正函数模型；

第二建立模块320，用于建立基于L波段的粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型；

第三建立模块330，用于建立大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型；

第四建立模块340，用于在同一个波段内，基于所述大气透过率的修正函数模型、所述大气上行辐射亮温的修正函数模型、所述大气下行辐射亮温的修正函数模型、所述粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型、所述大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型，建立大气顶层微波传输函数模型，通过参数抵消消除大气影响、宇宙辐射影响和法拉第旋转效应影响的影响参数；所述大气顶层微波传输函数模型为：

TB_v＝T_BU+τE_vT_s+τR_V(T_BD+τT_BC),

TB_h＝T_BU+τE_hT_s+τR_h(T_BD+τT_BC)；

其中，TB_v和TB_h是大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型，T_BU为大气上行辐射亮温的函数模型，T_BD为大气下行辐射亮温的修正函数模型，T_BC为粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型，τ为大气透过率的修正函数模型，T_s为海表温度，E_v垂直极化海面发射率，E_h为水平极化海面发射率，R_v为垂直极化海面反射率，R_h为水平极化海面反射率。

上述第一建立模块310用于：

在L波段，设置使大气上行辐射亮温等于大气下行辐射亮温，并设置L波段大气透过率τ、上行辐射亮温和下行辐射亮温Tb_atm的修正函数模型如下：

τ＝1-A_atm，其中A_atm＝A_O2+A_V；

Tb_atm＝Tb_O2+Tb_V；

A_Aatm为吸收系数，A_o2、A_v分别为氧气吸收系数和水汽吸收系数；Tb_o2、Tb_v分别为氧气辐射亮温和水汽辐射亮温；

氧气的辐射亮温为：Tb_O2＝(T₀-DT_O2)×A_O2，

其中，

θ是辐射计天线的视轴观测角，T₀是海表大气温度，P₀是海表大气压；

水汽辐射亮温为：Tb_V＝(T₀-DT_V)×A_V，其中A_V＝max(A_v1，0)，

A_V1＝10^-6×(a_V(1)+a_V(2)×p₀+a_V(3)×V_c)/cos(θ)

DT_V＝b_V(1)+b_V(2)×P₀+b_V(3)×Vc，Vc是水汽含量；

在C波段和K波段，按照如下公式计算得到C波段和K波段大气透过率τ、上行辐射亮温T_BU和下行辐射亮温T_BD的修正函数模型：

τ＝exp[-(A_O+A_V+A_L)/cos(θ)]，

T_BU＝T_U×(1-τ)，

T_BD＝T_D×(1-τ)；

其中，A_o、A_v和A_L分别是氧气、水汽和云液水的吸收系数，T_U、T_D分别是上行大气等效温度和下行大气等效温度：T_U＝T_D+b₆+b₇Vc；

其中，当|Ts-Tv|<＝20K时，当|Ts-Tv|>20K时，Ts为海表温度；并且，当V_c≤48时，T_V＝273.16+0.8337Vc-3.029×10^-5Vc^3.33，当V_c﹥48时，T_V＝301.16；

其中，A_o、A_v和A_L由以下公式计算：A_O＝a_o1+a_o2(T_D-270)，A_V＝a_V1·Vc+a_V2·Vc²，A_L＝a_L1·[1-a_L2(T_L-283)]·L，式中T_L为云的平均温度，L为云液水含量。

上述第二建立模块320包括：

函数关系模型建立单元，用于建立粗糙海面散射的宇宙辐射亮温与非极化宇宙辐射亮温的函数关系模型；

简化单元，用于对所述函数关系模型进行简化得到经验模型；

运算单元，用于基于所述经验模型，在辐射计测量参数基础上运算得到最终粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型。

上述简化单元用于：在所述粗糙海面散射的宇宙辐射亮温与非极化宇宙辐射亮温的函数关系模型的基础上，进行参数简化，得到下述经验模型：

所述运算单元用于对所述经验模型进行运算，上式中，为粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型，τ为大气透过率的修正函数模型，α是辐射计视轴镜面反射方向的赤经，δ是辐射计视轴镜面反射方向的赤纬，θ_r是辐射计天线的视轴观测角，ψ_uo是天球旋转角，u₁₀是海表10米高处风速；

天球旋转角ψ_uo通过以下方式求得：

${\mathrm{\&psi;}}_{uo}={\tan }^{-1}\left(\frac{{\hat{h}}_c{\tilde{v}}_u}{{\hat{h}}_c{\tilde{h}}_u}\right),$

式中，

其中是海表面观测点到卫星的方位角，以东为起点，逆时针旋转计算得到，θ是海表观测点到卫星的天顶角，α是辐射计视轴镜面反射方向的赤经，δ是辐射计视轴镜面反射方向的赤纬，

其中，θ₁＝lat-90，lon为海表观测点的经度，lat为海表观测点的纬度；G＝-592219.924311645+360.985647355665T+0.29079e-1.2T²，T为B1950历元时间。

进一步的，上述第三建立模块用于：

设立计算公式：

$\left[\begin{array}{c}{T}_x\\ T_y\\ A_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{\cos }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& {\sin }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& -cos\left(\mathrm{\&alpha;}\right)sin\left(\mathrm{\&alpha;}\right)\\ {\sin }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& {\cos }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& \cos \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\sin \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\\ sin\left(2\mathrm{\&alpha;}\right)& -sin\left(2\mathrm{\&alpha;}\right)& cos\left(2\mathrm{\&alpha;}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{T}_h\\ T_v\\ T_3\end{array}\right],$

式中，α是旋转角，T_h、T_v、T₃分别为大气层顶部电离层底的Stokes参数，T_x、T_y、A₃分别为相应的经电离层旋转后的传感器端Stokes参数；其中，旋转角α＝ω_f+ψ+φ，ω_f为法拉第旋转角，ψ+φ为几何旋转角；

利用地球磁场分布、电离层电子总含量数据及电磁波传播路径，对法拉第旋转角进行计算：

ω_f≈1.355×10⁴f^-2×TEC×B×U_R/cosθ_i，其中f是工作频率，TEC是电离层电子总含量，B为地球电磁场矢量，U_R是地表观测视线矢量，θ_i是辐射计天线的视轴观测角；

地球电磁场矢量B＝B₀[cos(B_inc)·cos(B_dec)cos(B_inc)·sin(B_dec)sin(B_dec)]，B₀是地球电磁场强度，B_dec是地磁场的磁偏角，B_inc是地磁场的倾角；

地表观测视线矢量U_R为：

式中，θ_i是辐射计天线的视轴观测角，是观测方位角；

最终得到的T_h函数模型即为水平极化亮温TB_h的电离层法拉第旋转修正函数模型，T_v函数模型即为垂直极化亮温TB_v的电离层法拉第旋转修正函数模型。

本发明实施例所提供的一种大气顶层微波传输模型的校正方法及装置，能够通过建立对L波段、C波段和K波段无降水大气影响的大气透过率τ的修正函数模型、大气上行辐射亮温T_BU的修正函数模型和大气下行辐射亮温T_BD的修正函数模型，以及建立L波段粗糙海面散射的宇宙辐射亮温T_BC的修正函数模型、L波段垂直极化亮温TB_v的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化亮温TB_h的电离层法拉第旋转修正函数模型后，将各个修正函数模型带入大气顶层微波传输修正模型函数进行运算能够抵消掉大气影响、宇宙辐射影响和法拉第旋转效应影响的参数，进而达到修正的效果，最终达到降低盐度测量误差的目的。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种大气顶层微波传输模型函数的建立方法，其特征在于，包括：

建立在无降水情况下的基于L波段、C波段和K波段的大气透过率的修正函数模型、大气上行辐射亮温的修正函数模型和大气下行辐射亮温的修正函数模型；

建立基于L波段的粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型；

建立基于L波段的大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型；

在同一个波段内，基于所述大气透过率的修正函数模型、所述大气上行辐射亮温的修正函数模型、所述大气下行辐射亮温的修正函数模型、所述粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型、所述大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型，建立大气顶层微波传输函数模型，通过参数抵消消除大气影响、宇宙辐射影响和法拉第旋转效应影响的影响参数；所述大气顶层微波传输函数模型为：

TB_v＝T_BU+τE_vT_s+τR_V(T_BD+τT_BC),

TB_h＝T_BU+τE_hT_s+τR_h(T_BD+τT_BC)；

其中，TB_v和TB_h是大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型，T_BU为大气上行辐射亮温的函数模型，T_BD为大气下行辐射亮温的修正函数模型，T_BC为粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型，τ为大气透过率的修正函数模型，T_s为海表温度，E_v垂直极化海面发射率，E_h为水平极化海面发射率，R_v为垂直极化海面反射率，R_h为水平极化海面反射率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立基于L波段、C波段和K波段的大气透过率的修正函数模型、大气上行辐射亮温的修正函数模型和大气下行辐射亮温的修正函数模型，包括：

在L波段，设置使大气上行辐射亮温等于大气下行辐射亮温，并设置L波段大气透过率τ、上行辐射亮温和下行辐射亮温Tb_atm的修正函数模型如下：

τ＝1-A_atm，其中A_atm＝A_O2+A_V；

Tb_atm＝Tb_O2+Tb_V；

A_Aatm为吸收系数，A_o2、A_v分别为氧气吸收系数和水汽吸收系数；Tb_o2、Tb_v分别为氧气辐射亮温和水汽辐射亮温；

其中，所述氧气的辐射亮温为：Tb_O2＝(T₀-DT_O2)×A_O2，

$\begin{array}{c}{A}_{O2}={10}^{-6}\&times;(a_{o2}\left(1\right)+a_{o2}\left(2\right)\&times;T_0+a_{o2}\left(3\right)\&times;P_0\\ +a_{o2}\left(4\right)\&times;T_0^2+a_{o2}\left(5\right)\&times;P_0^2+a_{o2}\left(6\right)\&times;T_0\&times;P_0)/\cos (\mathrm{\&theta;})\end{array},$

$\begin{array}{c}{\mathrm{DT}}_{O2}=b_{o2}\left(1\right)+b_{o2}\left(2\right)\&times;T_0+a_{o2}\left(3\right)\&times;P_0\\ +b_{o2}\left(4\right)\&times;T_0^2+b_{o2}\left(5\right)\&times;P_0^2+b_{o2}\left(6\right)\&times;T_0\&times;P_0\end{array},$

θ是辐射计天线的视轴观测角，T₀是海表大气温度，P₀是海表大气压；

所述水汽辐射亮温为：Tb_V＝(T₀-DT_V)×A_V，其中A_V＝max(A_v1，0)，

A_V1＝10^-6×(a_V(1)+a_V(2)×p₀+a_V(3)×V_c)/cos(θ)

DT_V＝b_V(1)+b_V(2)×P₀+b_V(3)×Vc，Vc是水汽含量；

在C波段和K波段，按照如下公式计算得到C波段和K波段大气透过率τ、上行辐射亮温T_BU和下行辐射亮温T_BD的修正函数模型：

τ＝exp[-(A_O+A_V+A_L)/cos(θ)]，

T_BU＝T_U×(1-τ)，

T_BD＝T_D×(1-τ)；

其中，A_o、A_v和A_L分别是氧气、水汽和云液水的吸收系数，T_U、T_D分别是上行大气等效温度和下行大气等效温度，T_U＝T_D+b₆+b₇Vc；

其中，当|Ts-Tv|<＝20K时，当|Ts-Tv|>20K时，Ts为海表温度；并且，当V_c≤48时，T_V＝273.16+0.8337Vc-3.029×10^-5Vc^3.33，当V_c﹥48时，T_V＝301.16；

其中，A_o、A_v和A_L分别由以下公式计算：A_O＝a_o1+a_o2(T_D-270)，A_V＝a_V1·Vc+a_V2·Vc²，A_L＝a_L1·[1-a_L2(T_L-283)]·L，式中T_L为云的平均温度，L为云液水含量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立基于L波段的粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型，包括：

建立粗糙海面散射的宇宙辐射亮温与非极化宇宙辐射亮温的函数关系模型：

对所述函数关系模型进行简化得到经验模型；

基于所述经验模型，在辐射计测量参数基础上运算得到最终粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述函数关系模型进行简化得到经验模型包括：

在所述粗糙海面散射的宇宙辐射亮温与非极化宇宙辐射亮温的函数关系模型的基础上，进行参数简化，得到下述经验模型：

对上述经验模型进行运算，式中，为粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型，τ为大气透过率的修正函数模型，α是辐射计视轴镜面反射方向的赤经，δ是辐射计视轴镜面反射方向的赤纬，θ_r是辐射计天线的视轴观测角，ψ_uo是天球旋转角，u₁₀是海表10米高处风速；

天球旋转角ψ_uo通过以下方式求得：

${\mathrm{\&psi;}}_{uo}={\tan }^{-1}\left(\frac{{\hat{h}}_c{\tilde{v}}_u}{{\hat{h}}_c{\tilde{h}}_u}\right),$

式中，

其中，是海表面观测点到卫星的方位角，以东为起点，逆时针旋转计算得到；θ是海表观测点到卫星的天顶角，α是辐射计视轴镜面反射方向的赤经，δ是辐射计视轴镜面反射方向的赤纬，

其中，θ₁＝lat-90，lon为海表观测点的经度，lat为海表观测点的纬度；G＝-592219.924311645+360.985647355665T+0.29079e-1.2T²，T为B1950历元时间。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的修正函数模型和水平极化辐射亮温的修正函数模型，包括：

设立计算公式：

$\left[\begin{array}{c}{T}_x\\ T_y\\ A_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{\cos }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& {\sin }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& -\cos \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\sin \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\\ {\sin }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& {\cos }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& \cos \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\sin \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\\ \sin \left(2\mathrm{\&alpha;}\right)& -\sin \left(2\mathrm{\&alpha;}\right)& \cos \left(2\mathrm{\&alpha;}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{T}_h\\ T_v\\ T_3\end{array}\right],$

式中，α是旋转角，T_h、T_v、T₃分别为大气层顶部电离层底的Stokes参数，T_x、T_y、A₃分别为相应的经电离层旋转后的传感器端Stokes参数；其中，旋转角α＝ω_f+ψ+φ，ω_f为法拉第旋转角，ψ+φ为几何旋转角；

利用地球磁场分布、电离层电子总含量数据及电磁波传播路径，对法拉第旋转角进行计算：

ω_f≈1.355×10⁴f^-2×TEC×B×U_R/cosθ_i，其中f是工作频率，TEC是电离层电子总含量，B为地球电磁场矢量，U_R是地表观测视线矢量，θ_i是辐射计天线的视轴观测角；

地球电磁场矢量B＝B₀[cos(B_inc)·cos(B_dec)cos(B_inc)·sin(B_dec)sin(B_dec)]，B₀是地球电磁场强度，B_dec是地磁场的磁偏角，B_inc是地磁场的倾角；

地表观测视线矢量U_R为：

式中，θ_i是辐射计天线的视轴观测角即辐射计天线以视轴观测角θ_r，是观测方位角；

最终得到的T_h函数模型即为水平极化亮温TB_h的电离层法拉第旋转修正函数模型，T_v函数模型即为垂直极化亮温TB_v的电离层法拉第旋转修正函数模型。

6.一种大气顶层微波传输模型函数的建立装置，其特征在于，包括：

第一建立模块，用于建立在无降水情况下的基于L波段、C波段和K波段的大气透过率的修正函数模型、大气上行辐射亮温的修正函数模型和大气下行辐射亮温的修正函数模型；

第二建立模块，用于建立基于L波段的粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型；

第三建立模块，用于建立大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型；

第四建立模块，用于在同一个波段内，基于所述大气透过率的修正函数模型、所述大气上行辐射亮温的修正函数模型、所述大气下行辐射亮温的修正函数模型、所述粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型、所述大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型，建立大气顶层微波传输函数模型，通过参数抵消消除大气影响、宇宙辐射影响和法拉第旋转效应影响的影响参数；所述大气顶层微波传输函数模型为：

TB_v＝T_BU+τE_vT_s+τR_V(T_BD+τT_BC),

TB_h＝T_BU+τE_hT_s+τR_h(T_BD+τT_BC)；

其中，TB_v和TB_h是大气顶层辐射计入瞳处垂直极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型和水平极化辐射亮温的电离层法拉第旋转修正函数模型，T_BU为大气上行辐射亮温的函数模型，T_BD为大气下行辐射亮温的修正函数模型，T_BC为粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型，τ为大气透过率的修正函数模型，T_s为海表温度，E_v垂直极化海面发射率，E_h为水平极化海面发射率，R_v为垂直极化海面反射率，R_h为水平极化海面反射率。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一建立模块用于：

在L波段，设置使大气上行辐射亮温等于大气下行辐射亮温，并设置L波段大气透过率τ、上行辐射亮温和下行辐射亮温Tb_atm的修正函数模型如下：

τ＝1-A_atm，其中A_atm＝A_O2+A_V；

Tb_atm＝Tb_O2+Tb_V；

A_Aatm为吸收系数，A_o2、A_v分别为氧气吸收系数和水汽吸收系数；Tb_o2、Tb_v分别为氧气辐射亮温和水汽辐射亮温；

氧气的辐射亮温为：Tb_O2＝(T₀-DT_O2)×A_O2，

其中，

$\begin{array}{c}{\mathrm{DT}}_{O2}=b_{o2}\left(1\right)+b_{o2}\left(2\right)\&times;T_0+a_{o2}\left(3\right)\&times;P_0\\ +b_{o2}\left(4\right)\&times;T_0^2+b_{o2}\left(5\right)\&times;P_0^2+b_{o2}\left(6\right)\&times;T_0\&times;P_0\end{array},$

θ是辐射计天线的视轴观测角，T₀是海表大气温度，P₀是海表大气压；

水汽辐射亮温为：Tb_V＝(T₀-DT_V)×A_V，其中A_V＝max(A_v1，0)，

A_V1＝10^-6×(a_V(1)+a_V(2)×p₀+a_V(3)×V_c)/cos(θ)

DT_V＝b_V(1)+b_V(2)×P₀+b_V(3)×Vc，Vc是水汽含量；

在C波段和K波段，按照如下公式计算得到C波段和K波段大气透过率τ、上行辐射亮温T_BU和下行辐射亮温T_BD的修正函数模型：

τ＝exp[-(A_O+A_V+A_L)/cos(θ)]，

T_BU＝T_U×(1-τ)，

T_BD＝T_D×(1-τ)；

其中，A_o、A_v和A_L分别是氧气、水汽和云液水的吸收系数，T_U、T_D分别是上行大气等效温度和下行大气等效温度：T_U＝T_D+b₆+b₇Vc；

其中，当|Ts-Tv|<＝20K时，当|Ts-Tv|>20K时，Ts为海表温度；并且，当V_c≤48时，T_V＝273.16+0.8337Vc-3.029×10^-5Vc^3.33，当V_c﹥48时，T_V＝301.16；

其中，A_o、A_v和A_L由以下公式计算：A_O＝a_o1+a_o2(T_D-270)，A_V＝a_V1·Vc+a_V2·Vc²，A_L＝a_L1·[1-a_L2(T_L-283)]·L，式中T_L为云的平均温度，L为云液水含量。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二建立模块包括：

函数关系模型建立单元，用于建立粗糙海面散射的宇宙辐射亮温与非极化宇宙辐射亮温的函数关系模型；

简化单元，用于对所述函数关系模型进行简化得到经验模型；

运算单元，用于基于所述经验模型，在辐射计测量参数基础上运算得到最终粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述简化单元用于：在所述粗糙海面散射的宇宙辐射亮温与非极化宇宙辐射亮温的函数关系模型的基础上，进行参数简化，得到下述经验模型：

所述运算单元用于对所述经验模型进行运算，上式中，为粗糙海面散射的宇宙辐射亮温的修正函数模型，τ为大气透过率的修正函数模型，α是辐射计视轴镜面反射方向的赤经，δ是辐射计视轴镜面反射方向的赤纬，θ_r是辐射计天线的视轴观测角，ψ_uo是天球旋转角，u₁₀是海表10米高处风速；

天球旋转角ψ_uo通过以下方式求得：

${\mathrm{\&psi;}}_{uo}={\tan }^{-1}\left(\frac{{\hat{h}}_c{\tilde{v}}_u}{{\hat{h}}_c{\tilde{h}}_u}\right),$

式中，

其中是海表面观测点到卫星的方位角，以东为起点，逆时针旋转计算得到，θ是海表观测点到卫星的天顶角，α是辐射计视轴镜面反射方向的赤经，δ是辐射计视轴镜面反射方向的赤纬，

其中，θ₁＝lat-90，lon为海表观测点的经度，lat为海表观测点的纬度；G＝-592219.924311645+360.985647355665T+0.29079e-1.2T²，T为B1950历元时间。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三建立模块用于：

设立计算公式：

$\left[\begin{array}{c}{T}_x\\ T_y\\ A_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{\cos }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& {\sin }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& -\cos \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\sin \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\\ {\sin }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& {\cos }^2\left(\mathrm{\&alpha;}\right)& \cos \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\sin \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\\ \sin \left(2\mathrm{\&alpha;}\right)& -\sin \left(2\mathrm{\&alpha;}\right)& \cos \left(2\mathrm{\&alpha;}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{T}_h\\ T_v\\ T_3\end{array}\right],$

式中，α是旋转角，T_h、T_v、T₃分别为大气层顶部电离层底的Stokes参数，T_x、Ty、A₃分别为相应的经电离层旋转后的传感器端Stokes参数；其中，旋转角α＝ω_f+ψ+φ，ω_f为法拉第旋转角，ψ+φ为几何旋转角；

利用地球磁场分布、电离层电子总含量数据及电磁波传播路径，对法拉第旋转角进行计算：

ω_f≈1.355×10⁴f^-2×TEC×B×U_R/cosθ_i，其中f是工作频率，TEC是电离层电子总含量，B为地球电磁场矢量，U_R是地表观测视线矢量，θ_i是辐射计天线的视轴观测角；

地球电磁场矢量B＝B₀[cos(B_inc)·cos(B_dec)cos(B_inc)·sin(B_dec)sin(B_dec)]，B₀是地球电磁场强度，B_dec是地磁场的磁偏角，B_inc是地磁场的倾角；

地表观测视线矢量U_R为：

式中，θ_i是辐射计天线的视轴观测角，是观测方位角；

最终得到的T_h函数模型即为水平极化亮温TB_h的电离层法拉第旋转修正函数模型，T_v函数模型即为垂直极化亮温TB_v的电离层法拉第旋转修正函数模型。