【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及遥感反演，尤其是涉及一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法。
技术介绍
1、南极冰盖是地球上最大的淡水库之一，拥有巨大的冰量，对全球气候系统和海平面起伏具有深远的影响。其稳定性和变化直接关系到全球海平面的上升速度，对全球气候系统起着调节和影响作用。南极冰盖内部温度分布是冰盖运动、热力学和流体力学过程的核心参数，对冰盖的稳定性和动态变化至关重要。理解南极冰盖内部温度对于预测冰盖运动、融化和海平面变化具有关键性意义。目前，对南极冰盖内部温度的研究主要依赖于冰芯钻取等地面监测手段，这些方法具有高精度但受到地面站点布设限制，难以全面覆盖南极广阔的地域。此外，地面监测手段无法提供大范围和高时空分辨率的内部温度信息，限制了对冰盖动态变化的深入理解。因此，亟需一种能够全面、远程、高效监测南极冰盖内部温度的新方法。
2、在遥感观测方面，被动微波辐射技术成为一种重要手段，通过观测微波辐射亮温可以获取地表和冰雪覆盖下的温度信息。辐射传输模型的原理基于电磁波在不同介质中传播时的相互作用，考虑了辐射的吸收、散射和透射等过程。对于冰盖而言，其内部结构和物理性质决定了微波辐射在冰盖中的传播方式。冰盖内部的密度、温度、含水量等物理信息会影响微波辐射在冰盖中的传播和相互作用。通过将这些内部信息嵌入辐射传输模型，可以模拟不同介质中的辐射特性。例如，冰盖中的不同层次对微波辐射的吸收和反射具有不同的影响，而辐射传输模型可以量化这些影响。
3、然而，直接从微波辐射亮温反演冰盖内部温度存在挑战，因为辐射
4、辐射传输模型计算的亮温与实际观测的亮温存在差异是可以理解的。解决亮温建模中的一个核心问题就是如何校准辐射亮温模型参数，以更准确地描述冰盖物理性质。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术提供一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，包括以下步骤：
4、1)获取南极地区辐射亮温数据，构建设定期间的南极冰盖亮温分布图；
5、2)获取影响冰盖温度的空间变量因子数据，以所述空间变量因子数据作为robin热物理模型的输入参数，通过对温度梯度进行偏导和积分，得到冰盖垂直温度拟合曲线，实现南极冰盖温度初步反演；
6、3)根据入射角度、温度分布、密度分布、分层模型和基岩性质因素构建具有温度反演信息的多层致密介质辐射传输模型；
7、4)基于多层积雪的微波发射模型，计算冰层介电常数、消光系数和散射系数，构建基于水平积雪分层模型的辐射传输方程；
8、5)通过数值计算方法求解辐射传输方程，确定多层积雪中各层的辐射贡献，实现南极辐射亮温分布的反演；
9、6)采用gsa元启发式优化算法对robin热物理模型的温度参数进行优化，以最小化多层致密介质辐射传输模型亮温和实际观测亮温之间的差值，实现南极冰盖内部温度的反演。
10、可选地，所述步骤1)具体包括：
11、1.1)从smos卫星获取南极地区l波段辐射亮温数据，
12、1.2)对所述辐射亮温数据进行预处理，包括数据的空间投影处理、观测角度和极化信息的选择，以及时间范围和数据子集的确定；
13、1.3)通过数据预处理流程计算南极每个像素的平均亮温和时间标准差，构建初始至结束年份的南极冰盖亮温分布图。
14、可选地，所述步骤2)具体包括：
15、2.1)获取影响南极冰盖温度的空间变量因子数据，所述空间变量因子数据包括冰盖厚度、地表温度、地热通量和雪累积率；
16、2.2)设定采样分辨率，利用系统采样方法对所述空间变量因子数据进行采样；
17、2.3)以冰盖厚度、表面温度、地热通量和雪累积率为robin热物理模型的输入参数，通过对温度梯度进行偏导和积分，得到冰盖垂直温度拟合曲线。
18、进一步地，所述冰盖垂直温度拟合曲线采用如下公式表示：
19、
20、其中，ts为表面温度(k)，ghf为地热通量(w m-2)，kc＝2.7w m-1k-1为导热系数，冰的热扩散系数kd＝45m2yr-1，m为雪累积率，比热容c＝1807j kg-1k-1，密度ρ＝917kg m-3，h为冰盖厚度(m)，d表示为冰层表面以下的深度，d＝0表示冰层表面坐标，代表高斯误差函数。
21、可选地，所述步骤3)具体包括：
22、将布鲁斯特角度附近的52.5°设置为所述入射角度；
23、采用步骤2中的冰盖垂直温度拟合曲线作为所述温度分布；
24、采用在平均密度加入高斯阻尼噪声模拟随深度和采样位置波动的密度曲线作为所述密度分布；
25、将2000m作为所述分层模型的深度阈值；
26、当超过2000m时，将基岩性质设置为半无限厚的冰层；低于2000m时，将基岩性质设置为岩石。
27、可选地，所述步骤4)中具体包括：
28、所述冰层介电常数采用如下公式表示：
29、
30、其中，a＝(5.04*10-3+6.2*10-3θ)e-22.1θ，f为频率，单位为ghz，t为冰的温度，单位为开尔文；
31、所述消光系数和散射系数通过采用qca-cp密集填充球散射模型进行计算。
32、可选地，所述步骤5)中的所述数值计算方法具体为离散坐标法。
33、可选地，所述步骤6)包括：使用亮温的均方根误差rmse作为参数优化的能量函数ef，当所述能量函数ef的值最小时，多层致密介质辐射传输模型亮温和实际观测亮温之间的差值实现最小化。
34、进一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，其特征在于，所述冰盖垂直温度拟合曲线采用如下公式表示：
5.根据权利要求1所述的一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：
6.根据权利要求1所述的一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，其特征在于，所述步骤4)中具体包括：
7.根据权利要求1所述的一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，其特征在于，所述步骤5)中的所述数值计算方法具体为离散
8.根据权利要求1所述的一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，其特征在于，所述步骤6)包括：使用亮温的均方根误差RMSE作为参数优化的能量函数EF，当所述能量函数EF的值最小时，多层致密介质辐射传输模型亮温和实际观测亮温之间的差值实现最小化。
9.根据权利要求8所述的一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，其特征在于，所述能量函数EF采用如下公式表示：
10.根据权利要求1—9中任一所述的一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，其特征在于，对反演结果进行可视化。
...【技术特征摘要】
1.一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，其特征在于，所述冰盖垂直温度拟合曲线采用如下公式表示：
5.根据权利要求1所述的一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：
6.根据权利要求1所述的一种广义模拟退火优化辐射传输模型的南极辐射亮温与冰盖内部温度反演方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯永玖，周羿，童小华，谢欢，许雄，金雁敏，王超，柳思聪，郝彤，李荣兴，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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