被动微波遥感方法

与可见光和红外波段相比，微波波段（1mm-1m，对应频率300-0.3GHz）拥有前者不可比拟的优势。①在以被动遥感方式观测降水时，由于雨滴强烈地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；②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工作；③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的空间结构信息，所以利用微波资料反演降水更为直接，比可见光-红外方法具有更为坚实的物理基础。

根据微波辐射传输方程，被动微波传感器接收来自传感器下方的辐射，包括大气自身的上行辐射，大气自身的下行辐射经地表反射的辐射，以及地表自身的上行辐射3个部分。地表上行辐射在经过云层或降水层时，各种水凝物的吸收作用和散射作用会削弱地表上行辐射强度，而同时水凝物自身的发射辐射则会增强到达传感器的辐射强度。在上行辐射流中，包含了水凝物的种类、大小、形状和角度等复杂的信息，可用于从大气和地表辐射背景中获取降水辐射信息。从水凝物辐射特性的分布区间来看，在微波频率低于22GHz时，由于雨滴的吸收率和发射率很高，成为决定上行微波辐射的主要因素：0℃冻结层之上的冰晶对上行微波辐射的影响很小。在微波频率高于60GHz时，冰晶散射起着主要作用，微波传感器接收到冰晶的散射辐射信息。在22～60GHz区间内，包括雨滴和冰晶在内的水凝物同时具有明显的散射作用和吸收作用。不同水凝物在不同微波频率区间上的吸收和散射特征，已经广泛地用于研发可靠的微波降水反演方法，并成为微波降水反演的重要物理基础。Alishouse（1983）研究表明，18GHz、19.35GHz和37GHz等频段对于提取大气水分含量和降水等信息十分有用。

根据微波辐射传输原理和海洋与陆地的微波辐射特性，人们提出了许多被动微波降水反演方法。可以根据水凝物的发射和散射差异，将反演方法分为发射型和散射型以及多通道方法。由于目前的微波传感器仅安置在极轨卫星上，所以被动微波算法只适用于极轨卫星。另外，微波辐射信号一般较弱，微波传感器往往需要较长的接收天线，影像的分辨率也不高。在海洋上，极轨卫星低频段的空间分辨率约为50km×50km；在陆地上，高频段的空间分辨率通常低于10km×l0km。需要注意的是，绝大多数业务化的被动微波算法都针对特定的微波传感器进行优化，所以一般仅对来自该传感器的遥感数据反演结果最佳。通过各种算法对比研究发现，目前的算法都有各自的优缺点，还不存在一种完美而普适的算法。Kummerow等（2007）提议公开各自研发的降水反演算法，以发展跨传感器的普适性降水反演方法。