● 摘要
“全球变暖”是全人类面临的一个严峻的气候环境问题，它直接关系到人类社会的发展甚至生存。中国作为世界上负责人的大国也越来越关注气候和环境的变化。微波遥感作为一种现代科技的观测手段，具有全天候，全天时探测等优点，在气候、环境、农业、军事、航天等领域有广泛的应用。除采用现代科技成果改进探测手段以外，重点关注气候环境变化剧烈的地区也是很有必要的。南极和北极地区由于常年被冰雪覆盖，其气候变化要比地球上其他地方剧烈得多，已有科研结论表明：极地平均气温的变化速度是全球的4倍。此外，在大气的各种成分中，水汽是影响天气至关重要的因素。鉴于上述原因，利用遥感手段探测极地地区大气中的水汽含量也就成为研究全球气候变化很有意义的课题。本文从介绍大气微波遥感的原理和极地地区大气水汽总含量的反演算法之一（苗方法）入手，从两个方面讨论了应用苗方法反演北极地区大气水汽总含量的情况。一方面，沿续国外前沿的研究思路，本文分析了北极地区冰面地表发射的不确定度对反演水汽总量精度的影响。针对北极常见的6种冰面类型，先按照各自的发射率特性进行建模，然后在建模的基础上分别应用苗方法反演大气中的水汽总含量，最后对由不同类型冰面发射率的不确定度引起的水汽反演误差进行分析和总结，并评估这种误差在总的反演误差中所占的比例。另一方面，由于受到现有星载微波辐射计的频率固定的限制，苗方法应用卫星遥感数据精确反演的水汽总量不超过6kg/m2。这个数值虽然足以满足寒冷干燥的南极大陆，却难以全部满足水汽含量随时间和区域变化较大的北极地区。本文直接从现有的卫星遥感数据和地面探空观测数据入手，对应用苗方法反演北极地区每一个月份水汽总含量的适用范围作出了评估，并得出了各月适用区域的分布情况。这两方面的工作都是在已有研究成果基础上对小空缺的补充，本身的科学意义有限，但得到的结论也都可以为后续研究提供参考。