标题：微波大气遥感
介绍
微波大气遥感 microwave remote sensing of atmosphere 
作为主动式微波大气遥感的气象雷达，从20世纪40年代起就被应用于大气科学。被动式微波大气遥感的地  微波大气遥感仪器面试验，起始于60年代初,获得了0～10公里左右的大气温度分布资料。1972年,被动式微波大气遥感在美国“雨云”5号气象卫星上试验成功。1978年美国发射的第三代气象业务卫星“泰罗斯”N号,已正式采用被动式微波大气遥感探测大气温度。此外，微波大气遥感在探测晴空和有云条件下的海温、海面风、海面上空水汽总含量、云中含水量和降水强度方面的试验，也取得了成功。
原理
被动式微波大气遥感原理基本上和红外大气遥感类似，它利用大气中氧的 0.5厘米吸收带探测大气的温度分布。在温度和压力确定的情况下，利用大气中水汽在0.164厘米和1.348厘米的两条吸收线上、臭氧  微波大气遥感原理0.27厘米吸收线上以及其他微量成分在各自的吸收线上发射的微波辐射，探测这些气体的浓度分布。这些微波辐射的波长比云雾粒子的半径大得多，在传输过程中受云雾的干扰较小，是进行全天候遥感大气温度和水汽的理想波段。此外，云滴和雨滴的微波辐射具有连续谱的特征，在温度确定的前提下，云和雨的微波辐射强度直接与云中含水量和雨强成正比。因此，利用云雨在 0.8、1.55、3.2、5厘米等大气微波窗区(见大气的微波吸收)发射的微波辐射，能定量地探测云体总含水量和雨强分布。
仪器
进行微波遥感的基本仪器装置是微波辐射仪(见彩图),它是一种方向性好、灵敏度高的微波噪声接收机。主要由天线、接收机、数据记录或储存单元三部分组成（见图）。天线一般采用抛物面及其变型，要求有好的角分辨率、尽可能低的旁瓣。接收机一般采用迪克调制式的超外差接收机。它首先将天线收集的微波辐射的直流信号变成交流，然后用超外差线路进行检测。为了提高信噪比，降低输出的脉动，还要将一定时间间隔内的信号进行积累和平均。在迪克调制式接收机的基础上还发展了其他几种改进型，例如零平衡式、双参考源调制式以及脉冲噪声注入式等。
技术特点
可见光遥感是利用照相机拍被探测物体的照片；而红外遥感是拍下物体的热图；而微波遥感则是利用微波摄下物体的景象。与可见光遥感和红外遥感相比，微波遥感技术有许多优点： 
第一，对目标的鉴别能力强。由于物质内原子和分子的电动力学过程，任何物体都会产生自然的无线电波辐射，不同物体辐射频谱不同。如钢、水和混凝土，在同温度下，红外比辐射率分别是0.6—0.9，0.9和0.9，差别是不明显的，而相应的微波比辐射则分别大0.0，0.4和0.9，根据遥感的辐射强度，就能辨认出目标究竟是导弹发射架还是高楼大厦。 
第二，穿透云层能力强。可见光和红外线对云层（特别对雨云）是“望而生畏”的，而微波却在其中畅行无阻。因此，在高空中（如卫星上）拍摄地面景物，是红外遥感和可见遥感所无能为力的，而微波遥感却能大显身手。 
第三，对物体的穿透能力强。例如对于冰雪、土壤、混凝土、岩石和植物都有不同程度的穿透，最深可有20～30个波长。由于穿透深，就可以获得地面下的信息。 
第四，获得信息不同。例如，可见光和红外照片上土壤及植物的颜色，主要由它们的表面层分子谐振所决定，而微波遥感照片的颜色，则反映了土壤和植物的几何体及介质特性。将这两方面信息综合起来，就获得了目标的全面信息。因此，微波遥感，红外遥感和可见光遥感也是相互补充的。
应用
简单说明一下这些东西怎么用法，这个在海洋探测里边用的，海洋（占）整个地球60%的面积，甚至还多，那么人类现在，上个世纪主要是靠陆地，有了资源，有了食品，现在地球里边的，非再生资源越来越少了，石油越勘探越少，煤越来越少，食物，（因为）人口膨胀，食物越来越少了，怎么办呢，现在提出口号向海洋要资源，那必须得要研究海洋，要研究海洋的话，海洋的很多动态，需要研究的，一般都是浪长 海浪 风长，海洋的风向风速，温度长，海面的温度怎么分布的，流长，海流怎么流法，因为这些东西，跟人们所需要的人类的活动密切相关。 
比如说出海，必须知道今天的天气，海流往哪儿走，风向应该往哪儿走，不知道这个，他回不来了，另外海洋动物，生物，各种不同的鱼，它跟海洋的温度，海洋的叶绿素的分布，都有关，如果能比较准确地掌握了这个东西，渔民直接到那儿去，所以可以大量地捕鱼，国家已经使用这个东西指导海洋的捕鱼，这就是海洋的应用，那么海洋的灾害也比较多了，台风，厄尔尼诺现象，大家听到了，温度异常，反过来拉尼娜现象，这个都是跟人类生活非常非常（密切的），拉尼娜它是厄尔尼诺的一个反面，厄尔尼诺是温度升温， 拉尼娜是降温，那么这个东西，如果不了解的话，为什么最近天气比较异常呢，跟这个有关，以往不知道，现在可以准确地预报它，这个开发海洋资源里边，这个图像是海洋的地貌，不但是能够给表面地貌，而且能够给出海底的地貌，这很重要。 
现在大陆架，伸出去，大陆架是中国的领土，如果不了解大陆架怎么延伸的，你说少了，受损失，说多了，人家笑话你，大陆架延伸多少，这是海面的温度，温度差是很重要的，刚才已经说了，举个简单例子，捕鱼的问题，除了这个以外，厄尔尼诺现象是靠温度和海洋的高度变化探测的，大气，是人们非常关注的，因为人类的空间，海洋大气在空间，那么大气里边 降水，降雨 降雪，这些东西你总得有预报，要预报的话，需要知道云彩，另外云彩里边的含水量，这个水的颗粒多少，一般的云彩不会下雨的，现在说人工下雨，都是掌握了这些知识以后，再添一点，它就下雨了，所以大气探测对人类是至关重要的，天气预报就是靠这个东西，遥感比较准确的给出这些数据。 
下边就是陆地，人们生活的陆地，陆地应用比较多的是植被的分配，还有风沙，现在不是沙化厉害吗，现在遥感就在这儿发挥作用，这个沙眼究竟在什么地方，你说酸雨下来，这个雨从哪儿来，另外人类现在衣食住行，吃的东西，每年的农作物 估产，这个是对国民经济的发展是相当重要的，国家计委为什么到年底才开一个明年的计划会议，有时候年底开不了，到第二年的1月份开会，就等着这个估产，估产准确了，有些东西可以出口多少，有些调节粮种，进口多少，这个掌握不住的话，不该出口的出口了，不该进口的进口了，所以农业的估产，现在做的，小麦的估产做到95%的准确度，水稻 低一点85%左右，玉米 大豆稍微高一点，85%到90%，这已经形成了微波大气遥感每年向国家（上）报，国务院（上）报的，当然现在预报并不是单纯这个，还有其他途径。 
另外一个地震，地震预报是一个世界的难题，现在没有很好的办法，但利用这些空间技术，和地质技术，（逐步了解）这些东西，微波大气遥感逐步逐步地改进，对地震预报能力越来越强，这里边遥感主要是从空中看地面的温度变化，有红外的，也有微波的，另外一个探矿，我们地下有很多油田，怎么发现，打井是最好一次（成功），但不能到处打井，究竟打在哪儿更准确一点，这样大量省经费，省人力，这个遥感技术就提供这个（信息），可能在这个方位有油，你去打吧，
世界发展
带有微波遥感器的第一个海洋卫星，1978年美国发射的，它装的是几个微波遥感器，散射计、雷达高度计等等，这个（是）它上边的一个高度计，这个高度计在一千公里以外，对海面的距离测量精度现在已经达到4.5厘米，相当准确，然后它给出一个海浪的高度，海浪高度10%的精度，那么知道了这个以后，再加上温度，可以告诉你， 厄尔尼诺现象是不是（正）在形成，这个是叫“GEOSAT”，这个是另外一个高度测量的卫星，这是上边的一个高度计，这个是加拿大的雷达卫星，是专门用雷达的，它主要是观测地面的，加拿大（有一个微波大气遥感在搞这个工作），因为加拿大地处北极，冰的分布，这些东西它（能）了解，
日本发射的实际上美国研制的，先进的对地观测卫星， 欧洲发射的，欧洲遥感卫星一号，这是它的二号，这个是欧洲发射的专门测量环境的，环境卫星，这个是最新一代的专门高度测量的卫星，
中国的发展
中国的遥感发展是（20世纪）70年代初开始的，微波遥感稍微晚一点，到目前为止微波大气遥感走了三个阶段，最初呢，跟着人家学，把遥感这样概念引入到中国，这个阶段大概是（20世纪）70年代中期，那个时候微波大气遥感到处宣传，向中央写报告，中国应该发展（遥感技术），比人家已经晚了，大概8年左右，第二个阶段，微波大气遥感已经进入到自己有能力做科学研究和技术系统的开发，这个时间比较长一点，而且国家，正式把这个计划列入到国家的五个五年计划的攻关计划里，所以微波大气遥感65 75 85 95（计划），现在十五（计划）了，每个五年计划科技攻关里边都有这个内容，第三个，微波大气遥感不但在地面和在航天航空这一级做了这个工作，而且已经上了卫星，直到现在天上发射的气象卫星海洋卫星还有无人飞船“神舟号”，都有这个遥感器，微波遥感器还没有上天，很快的，“神舟”系列里边有微波遥感器上天，这个是中国研制的2个系列，下边一个一个会说的，那么搞遥感的时候，必须同样的探测地面的目标特征，因为照相以后，根据图片，要判（断）一下，究竟这是什么东西，所以地面相应的测量，各种各样的地物的一个特征，所以这里边很多测量，测量农作物，水稻的，高粱的，雪的冰的，这些东西都有，这就是测量海洋，掌握了这个以后，（要）进行数学模型的建立，然后我们的卫星数据下来以后，根据这个东西进行判断，这个是中国做的第一台我们国家的机载散射计，这个是机载高度计，这（是）一个天线了，这个就是微波大气遥感在农作物的实地测量，目的是掌握它的特征，掌握不住这个特征，估产就比较差劲，农作物的生长，不同期间 不同的阶段，它反映在遥感器里是什么特征，这里边有跟叶绿素有关，水分有关，肥料有关，这是在北京郊外，用大吊车测量我们北京郊外的一个桃树林，桃树当年生产情况，右边这个是在湖南测量水稻，当时车进不去，路比较泥泞，所以当地的农民搭了这个台子，仪器放在上面，做测量用的，这里列的是中国到目前为止做的各种各样的仪器，
微波大气遥感已经做了这么多工作，微波大气遥感国际上现在，做哪些方面的工作呢，一个遥感器的发展，是更加集成化，模块化，另外一个小型化，因为大家可能听说过，现在的卫星都是几吨几吨的，吨级的卫星很大，最近正在发展几十公斤的，一百公斤的，五百公斤的小卫星，甚至是由，大概几十克的一个纳卫星，但纳卫星做不了这个工作，但五十公斤以上的小卫星可以做的，那么卫星变得很小，这样发射卫星的周期一两年就可以发射了，不像以前发射一般都是五年以上，卫星要做得小，上边放的仪器一定要小，所以（这是）微波大气遥感小型化的问题，这个就是刚才说的，美国最近做的，2001年2月发射的，一次性的能够给予三维图像，这个非常成功，它高层的精度，（美国）对外公布它做到了10米，实际上它已经做到4米，分析的结果，这样，它把全世界覆盖一遍，那么中国怎么发展？
微波大气遥感已经发展了很多，但是离外国有相当大的距离，但中国现在使劲赶，中国有几个原则，第一个原则，中国是一个发展中国家，中国的国力有限，不能跟中国拼经济实力，但是我必须做，所以必须重点突出，不能他有什么我有什么，第二个原则是我们我们国民经济发展需要空间遥感，应该发展这样的工作，所以发展是必须要发展的，尽管没有钱，第三个，微波大气遥感发展不能亦步亦趋的跟人家走，所以做跨越式发展，（国外）是一步一步走的，我们第一步做完了以后，从这儿跳过去，一下子做到前沿里边去，我们已经这样做了，所以我们经过这几年以后，有些水平上，已经接近（国外先进水平），这么说吧，我们中国的微波遥感，在亚洲还是第一，国际上大概美国 俄罗斯，欧空局，欧空局跟我们差不多，日本也不如我们，印度不如我们，至少到目前为止，第一个，我们首先要做到，现有的 已有的遥感技术，水平要提高，这是第一个要做的，第二个要扩展我们的频率，刚才我说了，现在，中国掌握的频率，到现在为止是8毫米，能够上天的，但这个东西就比起人家来差远了，美国做了多少，已经400个G，就是已经到亚毫米，零点几毫米，我们是8毫米，差一个数量级，西欧国家有的已经做到大概是0.5毫米，那我们现在中国，是在这个方面要做到，本世纪的初期，就是2005年以前我们要达到400个G，就是0.8毫米左右，然后越来越接近，估计花个十年左右的时间，跟（国外先进水平）差不多，下边就是小型化的问题，刚才已经讲了，第四个我要加强基础研究，基础研究跟不上，你新的技术出不来，你很难有突破性的进展，很难赶上美国，下边是应用研究，我们有了这么多东西，怎么应用法，因为用户需要培养，到目前为止有些用户就是看图识字了，图片有了以后就看图片，这样不行，必须从已经获取的信息和图像里边挖掘出更深层次的信息，
中国现在正在做的工作， 一个叫多模态遥感器，马上上天了，还有一个是先进模块化的遥感器，还有四维成像的，合成孔径雷达的，我们即将要发射海洋二号卫星，风云系列的卫星风云系列到目前为止，只有红外，没有微波，而海洋和大气没有微波，是绝对不行的，所以我们已经立项 正在做，我估计过个五年左右，我们海洋卫星，我们的气象卫星，都已经有微波，所以（和）国际上可以相比拟，还有月球的探测，里面我们将准备用微波，还有新的知识，叫空间虚拟遥感，这个是多模态遥感器，这边这个是即将要上天的，遥感器的卫星的一段，这个（是）“神舟”系列里边的，下一次发射就发射它，我是这个系统的总师，这个如果上去的话，对海洋 对大气，我们中国就突破了我们的零，零的突破，在这个水平里边我们有两项是超过美国的，这里边，这个是 现在研究人员都在调整上天的仪器，那么先进模块化是这样的，因为刚才那个，三个模态的东西都在这儿，但有的时候，不一定三个都要，所以怎么办呢，就做成模块，需要哪个上那个，这个就是，去年我们的江主席，他们都来参观过这个（模块），这个是我们自己有知识产权的，我们有发明专利的，一个三维成像的高度计，到目前为止，国际上还没有这个东西，我们一次性的，比较小的东西，一成像出来，它就是立体图，不像美国刚才那样，伸出60多米的，那个东西（美国）做得了，我们做不了，我们没那个钱，所以穷人有穷办法，做出来的东西也许可能比别人就好，这是我们今年4月份，第一次试飞，这个图好象不是太好，这个是我们在（陕西）阎良（机场），试飞时飞的，西安（试飞研究所）帮我们飞的，飞得很好，但这个图像不太好在那儿呢，飞机姿态不稳定，这个三维成像，立体成像是非常要求姿态稳定，但是至少证明这个原理通（过）了，所以我们对外宣布我们已经成功了，这里边（就）是，这边这个是 干涉图，有了干涉图以后可以出现三维，进一步处理，下边我们叫综合孔径辐射计，国际上（现在）美国有，丹麦有，我们有，什么意思呢，就是刚才说，有一个被动的，它作用很简单，没有反射计，很简单，但是这个分辨率比较差，我们发展这个技术，它的分辨率能够提高，在地面做之前，这个也是成功的，下面我们就是频率爬高的（问题），刚才说了，我们这个是山后面飞的，也在（陕西）阎良飞，这个（是）我们得到的，黄河和渭河（的遥感图），在（陕西）阎良飞的，叫做“飞黄”，这个图相当漂亮，下边叫空间虚拟，这个是我们第一个提出来的，新的技术，但这个，要发展成真正能应用的，我估计有十年，什么意思，现在我们很多仪器刚才说的做得很大，越来越大，为了提高它的精度，提高它的分辨率，做得很大很大，上卫星有点困难了，怎么办呢，我现在把它分化，放在不同的卫星上面，然后到上边以后，它就虚拟成像，大家知道，我们虚拟用在电影里边很多，本来后边没有沙滩，两个人在那儿打排球，就在这个屋里边，这个后边凭空搞了一个沙滩，好象挺热闹，在沙滩里边打排球一样，一样 这个虚拟技术用在空间里边，那么美国也在研究，我们也在研究，我们希望在这个问题上，跟美国同步，但他有钱，他肯定比我们快一点，但至少我们不会比别人落后十几年，所以如果只要这个成功的话，不但在空间这里边，将来要看非常远的星球，大家知道哈勃望远镜看到150光年以外的一个东西，如果是虚拟成像上去的话，我这个机械拉得非常非常长，几百公里，几千公里，再看星球，那就分辨率很高了，看得很远，所以这个技术很有前途，我们目前现在是大力发展这个问题。