基于星载微波辐射计反演海面盐度的方法和装置

技术领域

本发明涉及海洋探测领域，具体而言，涉及一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的方法和装置。

背景技术

海面盐度是描述海洋状态的重要参数之一，研究其变化和分布规律对分析海洋自身特性以及了解海洋在海-气复杂系统中的作用有重要意义。并且，海面盐度也是气象学、生态学、水文学和渔业等其他学科与应用领域重点关注的研究对象。

在对海面盐度进行研究的过程中，首先需要获取海面盐度；目前，获取海面盐度的方法是，使用在轨运行并生产业务化产品的微波辐射计获取相应的数据，然后直接对获取的数据进行相应的处理，以反演出对应的海面盐度；其中，上述微波辐射计可以为日本或者美国的AMSR系列微波辐射计。

发明人在研究中发现，现有技术中直接通过获取的数据反演海面盐度的方法，使得反演得到的盐度值与实际盐度值偏离较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的方法和装置，能够通过对观测亮温数据的计算结果进行优化处理，以提高海面盐度值的反演精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的方法，方法包括：

通过星载微波辐射计分别获取目标海面区域c波段和x波段的观测亮温数据和观测亮温数据对应的辅助数据；

根据c/x波段的观测亮温数据及对应的辅助数据，计算观测c/x波段垂直极化反射率之差；

对观测c/x波段垂直极化反射率之差进行数字图像优化处理，得到优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差；

利用预设查找表对优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差和辅助数据进行反演计算，得到目标海面区域的海面盐度。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，对观测c/x波段垂直极化反射率之差进行数字图像优化处理，得到优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差包括：

根据介电常数模型和辅助数据，计算模拟c/x波段垂直极化反射率之差；

对观测c/x波段垂直极化反射率之差与模拟c/x波段垂直极化反射率之差进行对比统计处理，得到包括观测c/x波段垂直极化反射率之差和模拟c/x波段垂直极化反射率之差的数量级的二维数字图像；

调整二维数字图像中观测c/x波段垂直极化反射率之差的数量级与模拟c/x波段垂直极化反射率之差的数量级一致，得到第一次修正后的二维数字图像；

利用数据旋转方法对第一次修正后的二维数字图像进行第二次修正处理，得到优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，调整二维数字图像中观测c/x波段垂直极化反射率之差的数量级与模拟c/x波段垂直极化反射率之差的数量级一致包括：

采用最小二乘直线拟合的方法将模拟c/x波段垂直极化反射率之差表示为观测c/x波段垂直极化反射率之差的函数，得到修正方程R_model＝0.0017R_obs+0.0107；

根据修正方程R_model＝0.0017R_obs+0.0107，调整二维数字图像中观测c/x波段垂直极化反射率之差的数量级与模拟c/x波段垂直极化反射率之差的数量级一致。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，利用数据旋转方法对第一次修正后的二维数字图像进行第二次修正处理，得到优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差包括：

将第一次修正后的二维数字图像中的观测c/x波段垂直极化反射率之差和模拟c/x波段垂直极化反射率之差进行配对统计处理，得到具有数据值的二维数字图像；其中，二维数字图像的图像元素所在的x轴表示模型反射率，y轴表示观测反射率；

根据二维数字图像中的所有图像元素构成的二维图像的质心点，确定二维数字图像的旋转轴线；

根据二维数字图像中所有图像元素的近似分布直线，确定二维数字图像的旋转角度；

根据旋转轴线和旋转角度，对第一次修正后的二维数字图像进行旋转处理，得到第二次修正后的二维数字图像；

从第二次修正后的二维数字图像中提取观测c/x波段垂直极化反射率之差，作为优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，根据c/x波段的观测亮温数据及对应的辅助数据，计算观测c/x波段垂直极化反射率之差包括：

通过以下公式分别计算c波段和x波段的垂直极化反射率$>R=\frac{(T_B-T_{BU})/\tau -T_s}{M-T_s};$>

计算c波段的垂直极化反射率与x波段的垂直极化反射率的差值，得到观测c/x波段垂直极化反射率之差。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的装置，装置包括：

获取模块，用于通过星载微波辐射计分别获取目标海面区域c波段和x波段的观测亮温数据和观测亮温数据对应的辅助数据；

计算模块，用于根据c/x波段的观测亮温数据及对应的辅助数据，计算观测c/x波段垂直极化反射率之差；

数字图像优化处理模块，用于对观测c/x波段垂直极化反射率之差进行数字图像优化处理，得到优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差；

反演计算模块，用于利用预设查找表对优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差和辅助数据进行反演计算，得到目标海面区域的海面盐度。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，数字图像优化处理模块包括：

第一计算单元，用于根据介电常数模型和辅助数据，计算模拟c/x波段垂直极化反射率之差；

对比统计处理单元，用于对观测c/x波段垂直极化反射率之差与模拟c/x波段垂直极化反射率之差进行对比统计处理，得到包括观测c/x波段垂直极化反射率之差和模拟c/x波段垂直极化反射率之差的数量级的二维数字图像；

第一次修正处理单元，用于调整二维数字图像中观测c/x波段垂直极化反射率之差的数量级与模拟c/x波段垂直极化反射率之差的数量级一致，得到第一次修正后的二维数字图像；

第二次修正处理单元，用于利用数据旋转方法对第一次修正后的二维数字图像进行第二次修正处理，得到优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，第一次修正处理单元包括：

修正方程获取子单元，用于采用最小二乘直线拟合的方法将模拟c/x波段垂直极化反射率之差表示为观测c/x波段垂直极化反射率之差的函数，得到修正方程R_model＝0.0017R_obs+0.0107；

调整子单元，用于根据修正方程R_model＝0.0017R_obs+0.0107，调整二维数字图像中观测c/x波段垂直极化反射率之差的数量级与模拟c/x波段垂直极化反射率之差的数量级一致。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，第二次修正处理单元包括：

配对统计处理子单元，用于将第一次修正后的二维数字图像中的观测c/x波段垂直极化反射率之差和模拟c/x波段垂直极化反射率之差进行配对统计处理，得到具有数据值的二维数字图像；其中，二维数字图像的图像元素所在的x轴表示模型反射率，y轴表示观测反射率；

旋转轴线确定子单元，用于根据二维数字图像中的所有图像元素构成的二维图像的质心点，确定二维数字图像的旋转轴线；

旋转角度确定子单元，根据二维数字图像中所有图像元素的近似分布直线，确定二维数字图像的旋转角度；

旋转处理子单元，用于根据旋转轴线和旋转角度，对第一次修正后的二维数字图像进行旋转处理，得到第二次修正后的二维数字图像；

提取子单元，用于从第二次修正后的二维数字图像中提取观测c/x波段垂直极化反射率之差，作为优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差。

结合第二方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，计算模块包括：

第二计算单元，用于通过以下公式分别计算c波段和x波段的垂直极化反射率$>R=\frac{(T_B-T_{BU})/\tau -T_s}{M-T_s};$>

第三计算单元，用于计算c波段的垂直极化反射率与x波段的垂直极化反射率的差值，得到观测c/x波段垂直极化反射率之差。

本发明实施例提供的一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的方法和装置，方法包括：通过星载微波辐射计分别获取目标海面区域c波段和x波段的观测亮温数据和对应的辅助数据，并计算观测c/x波段垂直极化反射率之差；然后，对观测c/x波段垂直极化反射率之差进行数字图像优化处理；最后，利用预设查找表对优化后的观测c波段和x波段的反射率之差和辅助数据进行反演计算，得到目标海面区域的海面盐度，与现有技术中的直接通过获取的数据反演海面盐度的方法，使得反演得到的盐度值与实际盐度值偏离较大相比，其对观测亮温数据的计算结果进行优化处理，使得计算结果更接近实际值，也使得通过该计算结构反演得到的海面盐度的分布情况更接近实际值，从而提高了海面盐度的反演精度。

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示出了本发明实施例所提供的一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的方法的流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的另一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的方法的流程图；

图3示出了本发明实施例中包括观测c/x波段垂直极化反射率之差和模拟c/x波段垂直极化反射率之差的数量级的二维维数字图像的示意图；

图4示出了本发明实施例中第一次修正之后的二维维数字图像的示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的另一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的方法的流程图；

图6示出了本发明实施例中具有数据值的二维数字图像的示意图；

图7示出了本发明实施例中具有数据值的二维数字图像中的12个部分的质心坐标的示意图；

图8示出了本发明实施例中经过第二次修正之后的二维数字图像的示意图；

图9示出了本发明实施例所提供的一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的装置的结构示意图；

图10示出了本发明实施例所提供的一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的装置中数字图像优化处理模块和第一次修正处理单元的结构示意图；

图11示出了本发明实施例所提供的一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的装置中第二次修正处理单元和计算模块的结构示意图。

具体实施方式

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。

针对现有技术中直接通过获取的数据反演海面盐度的方法，使得反演得到的盐度值与实际盐度值偏离较大的问题，本发明实施例提供了一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的方法和装置，其通过对直接获取的观测亮温数据的计算结果进行优化处理，使得该计算结果更接近实际值，也使得通过该计算结构反演得到的海面盐度的分布情况更接近实际值，从而提高了海面盐度的反演精度。

下面结合图1说明本发明实施例提供了一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的方法，所述方法包括：

S101、通过星载微波辐射计分别获取目标海面区域c波段和x波段的观测亮温数据和观测亮温数据对应的辅助数据。

具体的，海面微波辐射主要由海面温度、海面盐度、海面粗糙状况等因素决定，此外，海面微波辐射还受到辐射频率、观测角度和极化状态等因素的影响。目前，使用天基遥感的手段获取海面盐度的信息由SMOS和Aquarius完成(此处的SMOS和Aquarius是微波辐射观测系统)，上述两个观测系统都搭载了专用的L波段进行辐射探测。除了上述两个微波辐射观测系统，仍在轨运行并生产业务化产品的有日本/美国的AMSR系列和中国的HY(即海洋)系列微波辐射计(如海洋二号微波辐射计)。上述两个系列的卫星搭载的传感器最低工作频率位于C波段，其中，C波段和X波段对于盐度的敏感性不一样，且都非常低。故利用C波段和X波段盐度敏感性的差别可以反演海面盐度；基于此，本发明实施例中，通过星载微波辐射计获取c波段和x波段的观测亮温数据，用以后续反演目标区域的海面盐度。

本发明实施例将实验区域(即上述目标海面区域)选定在中国近海海域(Longitude：105°E-135°E，Latitude：0°-40°N)，并重点关注黄海东海海区。这是由于这里是长江入海口所在，相对于大洋盐度变化剧烈。

本发明实施例是首先星载微波辐射计获取c波段和x波段的观测亮温数据及辅助数据，然后对获取的上述三个数据进行一致性处理，即选取在同一辅助数据对应的c波段的观测亮温数据、x波段的观测亮温数据；其中，本发明实施例使用的星载微波辐射计的优选为HY-2A微波辐射计，即中国发送的第一颗海洋动力环境卫星，通过该HY-2A的相关数据获取c波段的观测亮温数据、x波段的观测亮温数据；上述辅助数据包括：用于反演结果比对的WOA09盐度气候态数据(也可以称为WOA09盐度数据)，用于和HY-2A观测亮温匹配的AMSR-2的L2b数据。其中，上述l2b数据，包括海面温度、海面风速、水汽含量、液水含量；WOA09盐度气候态数据是盐度气候态数据，按月份发放。上述辅助数据能够方便盐度反演，并且上述辅助数据的上述5个物理量(即海面温度、海面风速、水汽含量、液水含量和WOA09盐度气候态数据)可以采用探空气球、浮标等方式获取。

S102、根据c/x波段的观测亮温数据及对应的辅助数据，计算观测c/x波段垂直极化反射率之差。

具体的，根据公式分别计算c/x波段的观测亮温数据，然后即可计算c波段和x波段的亮温数据之差；其中，R是海面发射率对应的反射率，R＝1-E。M是一个包含了大气下行辐射、大气透过率、海面散射校正、宇宙背景辐射的函数；T_B表示微波辐射计探测的亮温，T_BU是大气上行辐射(upwellingatmosphericbrightnesstemperature)，T_BΩ是大气辐射的海面散射(skyradiationscatteredupwardbyEarthsurface)，T_s是海面温度，τ是大气透过率(atmospherictransmission)，E为海面发射率(sea-surfaceemissivity)。

S103、对观测c/x波段垂直极化反射率之差进行数字图像优化处理，得到优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差。

如上所述，本发明实施例中采用HY-2a辐射计获取c波段和x波段的观测亮温数据，考虑到上述HY-2a仪器的观测数据可能会存在系统性的偏差，需要对采集的数据进行修正。

具体修正方式如下：本发明实施例：首先根据介电常数模型和辅助数据，计算模拟c/x波段垂直极化反射率之差(即模型反射率之差)，然后比较了由HY-2a观测亮温与辅助数据(AMSR-2L2b产品和WOA09盐度数据)计算所得的C波段和X波段的垂直极化反射率之差和模型反射率之差这两者的分布，并根据上述比较结果设计了如下的数据处理方式：第一步，进行缩放-平移处理，将计算所得的观测c/x波段垂直极化反射率之差的数量级调整到与模型反射率之差的一致；第二步，进行旋转-平移处理，修正第一步调整后的观测c/x波段垂直极化反射率之差。经过上述两步的数据处理，C波段和X波段垂直极化反射率之差得到修正，并且上述数据修正方式是将数据作为二维图像处理，保持了数据点(即观测c/x波段垂直极化反射率之差和模拟c/x波段垂直极化反射率之差对应的数据点)之间的拓扑性质不变。

S104、利用预设查找表对优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差和对应的辅助数据进行反演计算，得到目标海面区域的海面盐度。

本发明实施例中，预先根据介电常数模型和菲涅尔反射定律，计算海面盐度0到40psu和海面温度290K到315K范围内的c/x波段垂直极化反射率之差，并将该值作为海面盐度和海面温度的函数，生成预设查找表，然后利用该预设查找表对上述计算的优化后的观测c/x波段垂直极化反射率之差和对应的辅助数据进行反演处理，即可反演得到目标海面区域的海面盐度(即在预设查找表中查找与上述观测c/x波段垂直极化反射率之差和对应的辅助数据对应的海面盐度)。

具体的，反演的海面盐度由相同海面温度，模型计算和观测的垂直极化反射率之差的差值最小化决定。

本发明实施例提供的一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的方法，通过星载微波辐射计分别获取目标海面区域c波段和x波段的观测亮温数据和对应的辅助数据，并计算观测c/x波段垂直极化反射率之差；然后，对观测c/x波段垂直极化反射率之差进行数字图像优化处理；最后，利用预设查找表对优化后的观测c波段和x波段的反射率之差和辅助数据进行反演计算，得到目标海面区域的海面盐度，与现有技术中的直接通过获取的数据反演海面盐度的方法，使得反演得到的盐度值与实际盐度值偏离较大相比，其对观测亮温数据的计算结果进行优化处理，使得计算结果更接近实际值，也使得通过该计算结构反演得到的海面盐度的分布情况更接近实际值，从而提高了海面盐度的反演精度。

如上所述，本发明实施例中采用HY-2a辐射计获取c波段和x波段的观测亮温数据，考虑到上述HY-2a仪器的观测数据可能会存在系统性的偏差，需要对采集的数据进行修正，参考图2，本发明实施例的修正方式具体包括如下步骤：

S201、根据介电常数模型和辅助数据，计算模拟c/x波段垂直极化反射率之差。

本发明实施例使用的介电常数模型由德拜方程表示，其参数化表达发表于AMSR-E的ATBD(2000年)。

S202、对观测c/x波段垂直极化反射率之差与模拟c/x波段垂直极化反射率之差进行对比统计处理，得到包括观测c/x波段垂直极化反射率之差和模拟c/x波段垂直极化反射率之差的数量级的二维数字图像。

具体的，根据观测c/x波段垂直极化反射率之差和模拟c/x波段垂直极化反射率之差构建二维维数字图像(如图3所示)，该二维数字图像中图像元素所在的x轴表示模型反射率，y轴表示观测反射率，像元的值是统计个数；并将观测c/x波段垂直极化反射率之差和模拟c/x波段垂直极化反射率之差进行的比较，该二维数字图像包括观测c/x波段垂直极化反射率之差和模拟c/x波段垂直极化反射率之差各自对应的数量级。

S203、调整二维数字图像中观测c/x波段垂直极化反射率之差的数量级与模拟c/x波段垂直极化反射率之差的数量级一致，得到第一次修正后的二维数字图像。

从图3中，可以看出，步骤202中构建的二维数字图像中观测c/x波段垂直极化反射率之差和模拟c/x波段垂直极化反射率之差各自对应的数量级是不对应的，故需要将上述二者的数量级调整一致，具体方法是，将图中的观测c/x波段垂直极化反射率之差的数量级调整成与模拟c/x波段垂直极化反射率之差的数量级一致，即可得到第一次修正后的二维数字图像。

S204、利用数据旋转方法对第一次修正后的二维数字图像进行第二次修正处理，得到优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差。

具体的，为了使得观测c/x波段垂直极化反射率之更接近实际值，本发明实施例中将利用数据旋转方法将第一次修正之后的上述二维数字图像仍然进行第二次修正处理。

步骤202中构建的二维数字图像中观测c/x波段垂直极化反射率之差和模拟c/x波段垂直极化反射率之差各自对应的数量级是不对应的，故需要将上述二者的数量级调整一致，具体方法如下：

采用最小二乘直线拟合的方法将模拟c/x波段垂直极化反射率之差表示为观测c/x波段垂直极化反射率之差的函数，得到修正方程R_model＝0.0017R_obs+0.0107；其中，R_model是模型的反射率之差(即模拟c/x波段垂直极化反射率之差)；R_obs是观测的反射率之差(即观测c/x波段垂直极化反射率之差)；

根据修正方程R_model＝0.0017R_obs+0.0107，调整二维数字图像中观测c/x波段垂直极化反射率之差的数量级与模拟c/x波段垂直极化反射率之差的数量级一致。其中，修正之后得到的二维数字图像如图4所示。

本发明实施例中，为了使得观测c/x波段垂直极化反射率之更接近实际值，本发明实施例中将利用数据旋转方法将第一次修正之后的上述二维数字图像仍然进行第二次修正处理，参考图5，上述步骤204的具体实现方式如下：

S301、将第一次修正后的二维数字图像中的观测c/x波段垂直极化反射率之差和模拟c/x波段垂直极化反射率之差进行配对统计处理，得到具有数据值的二维数字图像；其中，二维数字图像的图像元素所在的x轴表示模型反射率，y轴表示观测反射率。

S302、根据二维数字图像中的所有图像元素构成的二维图像的质心点，确定二维数字图像的旋转轴线。

S303、根据二维数字图像中所有图像元素的近似分布直线，确定二维数字图像的旋转角度。

S304、根据旋转轴线和旋转角度，对第一次修正后的二维数字图像进行旋转处理，得到第二次修正后的二维数字图像。

S305、从第二次修正后的二维数字图像中提取观测c/x波段垂直极化反射率之差，作为优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差。

参考图6、图7和图8，结合上述步骤301-305，具体的，将第一次修正的二维数字图像中的模拟c/x波段垂直极化反射率之差(即多个数据)和观测c/x波段垂直极化反射率之差(即多个数据)进行配对统计，将上述数据的数位四舍五入为0.000001。这样，在配对统计之后就构成一个横坐标和纵坐标均具有数据值二维数字图像(如图6所示)，其中，上述二维数字图像中图像像元(即图像元素)的x轴是模型反射率，y轴是观测反射率，像元的值是统计个数。然后，将上述像元的阈值分别取为0、1、5、10，将个数小于阈值的数据去除，保留的数据所占原数据的个数比率分别为100％、93.0％、78.8％、69.5％。而上述二维数字图像主体数据的分布也是近似为一条直线。因此可以使用数据旋转的方法对第一次修正后的数据进行再次修正；其中，上述旋转关键是旋转角度的选择和旋转轴线(垂直于平面)的定位。

考虑所有像元构成的二维图像的质心(CentreofMass)作为旋转轴线通过的点，该点的坐标为(0.0107577,0.010779)，近似位于过原点45°直线上；上述旋转的角度由主体数据分布的近似直线决定，为了获得这条直线的相关参数(即直线方程的斜率和截据参数)，将图像的所有像元按照模型反射率从小到大等分为12个部分(前11部分各包括1000个像元，最后一部分包括784个像元)，找到每个部分的质心坐标。这12对坐标的分布近似为一条直线，方程为：y＝0.011057x+0.010660；

这条直线与x轴夹角为0.63349度，因此旋转角度为逆时针旋转θ＝44.46651°。旋转后，将质心平移到过原点45°直线上(x坐标不变)，得到第二步修正数据。

$>(R_{\mathrm{mod}el}^{\prime },R_{2nd},1)=(R_{\mathrm{mod}el},R_{1st},1)·\left(\begin{array}{ccc}cos\theta & sin\theta & 0\\ -sin\theta & cos\theta & 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right)·\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 2.13e-5& 1\end{array}\right).$>

然后从上述第二次修正的二维数字图像中可以获取观测c/x波段垂直极化反射率之差，作为优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差，并参与后续的计算。

另外，本发明实施例中，上述步骤102中观测c/x波段垂直极化反射率之差的具体计算方式如下：

通过以下公式分别计算c波段和x波段的垂直极化反射率$>R=\frac{(T_B-T_{BU})/\tau -T_s}{M-T_s};$>

计算c波段的垂直极化反射率与x波段的垂直极化反射率的差值，得到观测c/x波段垂直极化反射率之差。

具体的，辐射传输模型(RadiativeTransferModel，RTM)用于描述微波辐射计探测的亮温与辐射传输过程中涉及到的物理因素的关系，可以表达为如下形式：T_B＝T_BU+τ[ET_s+T_BΩ](1)

其中，T_B表示微波辐射计探测的亮温，T_BU是大气上行辐射(upwellingatmosphericbrightnesstemperature)，T_BΩ是大气辐射的海面散射(skyradiationscatteredupwardbyEarthsurface)，T_s是海面温度，τ是大气透过率(atmospherictransmission)，E为海面发射率(sea-surfaceemissivity)。T_BΩ在不同的参数化的RTM中具体的表达形式不同，可以统一为如下方程：

T_BΩ＝R·M(2)

其中，R是海面发射率对应的反射率，R＝1-E。M是一个包含了大气下行辐射、大气透过率、海面散射校正、宇宙背景辐射的函数。根据方程(1)和方程(2)，海面反射率可以表达为如下方程：

$>R=\frac{(T_B-T_{BU})/\tau -T_s}{M-T_s}---\left(3\right)$>

从垂直极化反射率、海面温度和海面盐度的关系图可以得到如下结论：(1)X和C波段的垂直极化反射率关于海面盐度的响应远低于对海面温度的响应。(2)C波段的垂直极化反射率对海面温度变化和海面盐度的变化均有所响应。(3)X波段的垂直极化反射率对海面温度变化有所响应，在低温范围内对海面盐度变化基本没有响应。(4)X和C波段的垂直极化反射率之差对海面温度变化和海面盐度变化均有明显的响应。

本发明实施例中使用HY-2a扫描微波辐射计观测亮温，并使用AMSR-2的L2b产品和WOA09盐度数据作为辅助数据，反演了中国近海海区的海面盐度，通过实验结果表明，经过数据修正之后的HY-2a盐度反演产品的质量要好于直接使用AMSR-E的L1a亮温数据的反演结果，其在整个中国近海海区的RMSE为0.4086psu。

本发明实施例提供的一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的方法，与现有技术中的直接通过获取的数据反演海面盐度的方法，使得反演得到的盐度值与实际盐度值偏离较大相比，其对观测亮温数据的计算结果进行优化处理，使得计算结果更接近实际值，也使得通过该计算结构反演得到的海面盐度的分布情况更接近实际值，从而提高了海面盐度的反演精度。

本发明还提供了一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的装置，所述装置用于执行基于星载微波辐射计反演海面盐度的方法，如图9所示，所述装置包括：

获取模块11，用于通过星载微波辐射计分别获取目标海面区域c波段和x波段的观测亮温数据和观测亮温数据对应的辅助数据；

计算模块12，用于根据c/x波段的观测亮温数据及对应的辅助数据，计算观测c/x波段垂直极化反射率之差；

数字图像优化处理模块13，用于对观测c/x波段垂直极化反射率之差进行数字图像优化处理，得到优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差；

反演计算模块14，用于利用预设查找表对优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差和辅助数据进行反演计算，得到目标海面区域的海面盐度。

如上所述，本发明实施例中采用HY-2a辐射计获取c波段和x波段的观测亮温数据，考虑到上述HY-2a仪器的观测数据可能会存在系统性的偏差，需要对采集的数据进行修正，参考图10，数字图像优化处理模块13包括：

第一计算单元131，用于根据介电常数模型和辅助数据，计算模拟c/x波段垂直极化反射率之差；

对比统计处理单元132，用于对观测c/x波段垂直极化反射率之差与模拟c/x波段垂直极化反射率之差进行对比统计处理，得到包括观测c/x波段垂直极化反射率之差和模拟c/x波段垂直极化反射率之差的数量级的二维数字图像；

第一次修正处理单元133，用于调整二维数字图像中观测c/x波段垂直极化反射率之差的数量级与模拟c/x波段垂直极化反射率之差的数量级一致，得到第一次修正后的二维数字图像；

第二次修正处理单元134，用于利用数据旋转方法对第一次修正后的二维数字图像进行第二次修正处理，得到优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差。

进一步的，如图10所示，第一次修正处理单元133包括：

修正方程获取子单元1331，用于采用最小二乘直线拟合的方法将模拟c/x波段垂直极化反射率之差表示为观测c/x波段垂直极化反射率之差的函数，得到修正方程R_model＝0.0017R_obs+0.0107；

调整子单元1332，用于根据修正方程R_model＝0.0017R_obs+0.0107，调整二维数字图像中观测c/x波段垂直极化反射率之差的数量级与模拟c/x波段垂直极化反射率之差的数量级一致。

进一步的，如图11所示，第二次修正处理单元134包括：

配对统计处理子单元1341，用于将第一次修正后的二维数字图像中的观测c/x波段垂直极化反射率之差和模拟c/x波段垂直极化反射率之差进行配对统计处理，得到具有数据值的二维数字图像；其中，二维数字图像的图像元素所在的x轴表示模型反射率，y轴表示观测反射率；

旋转轴线确定子单元1342，用于根据二维数字图像中的所有图像元素构成的二维图像的质心点，确定二维数字图像的旋转轴线；

旋转角度确定子单元1343，根据二维数字图像中所有图像元素的近似分布直线，确定二维数字图像的旋转角度；

旋转处理子单元1344，用于根据旋转轴线和旋转角度，对第一次修正后的二维数字图像进行旋转处理，得到第二次修正后的二维数字图像；

提取子单元1345，用于从第二次修正后的二维数字图像中提取观测c/x波段垂直极化反射率之差，作为优化的观测c/x波段垂直极化反射率之差。

另外，本发明实施例中，如图11所示，计算模块12包括：

第二计算单元121，用于通过以下公式分别计算c波段和x波段的垂直极化反射率$>R=\frac{(T_B-T_{BU})/\tau -T_s}{M-T_s};$>

第三计算单元122，用于计算c波段的垂直极化反射率与x波段的垂直极化反射率的差值，得到观测c/x波段垂直极化反射率之差。

本发明实施例提供的一种基于星载微波辐射计反演海面盐度的装置，与现有技术中的直接通过获取的数据反演海面盐度的方法，使得反演得到的盐度值与实际盐度值偏离较大相比，其对观测亮温数据的计算结果进行优化处理，使得计算结果更接近实际值，也使得通过该计算结构反演得到的海面盐度的分布情况更接近实际值，从而提高了海面盐度的反演精度。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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以所述权利要求的保护范围为准。