微波大氣遙感 microwave remote sensing of atmosphere 利用微波輻射信號探測大氣的方法和技術。
分類
利用微波輻射信號探測大氣的方法和技術。分為主動式微波大氣遙感和被動式微波大氣遙感兩類。作為主動式微波大氣遙感的氣象雷達，從20世紀40年代起就被套用於大氣科學。被動式微波大氣遙感的地面試驗，起始於60年代初,獲得了0～10公里左右的大氣溫度分布資料。1972年,被動式微波大氣遙感在美國“雨雲”5號氣象衛星上試驗成功。1978年美國發射的第三代氣象業務衛星“泰羅斯”N號,已正式採用被動式微波大氣遙感探測大氣溫度。此外，微波大氣遙感在探測晴空和有雲條件下的海溫、海面風、海面上空水汽總含量、雲中含水量和降水強度方面的試驗，也取得了成功。
原理
微波大氣遙感原理被動式微波大氣遙感原理基本上和紅外大氣遙感類似，它利用大氣中氧的 0.5厘米吸收帶探測大氣的溫度分布。在溫度和壓力確定的情況下，利用大氣中水汽在0.164厘米和1.348厘米的兩條吸收線上、臭氧在0.27厘米吸收線上以及其他微量成分在各自的吸收線上發射的微波輻射，探測這些氣體的濃度分布。這些微波輻射的波長比雲霧粒子的半徑大得多，在傳輸過程中受雲霧的干擾較小，是進行全天候遙感大氣溫度和水汽的理想波段。此外，雲滴和雨滴的微波輻射具有連續譜的特徵，在溫度確定的前提下，雲和雨的微波輻射強度直接與雲中含水量和雨強成正比。因此，利用雲雨在 0.8、1.55、3.2、5厘米等大氣微波窗區(見大氣的微波吸收)發射的微波輻射，能定量地探測雲體總含水量和雨強分布。
技術特點
可見光遙感是利用照相機拍被探測物體的照片；而紅外遙感是拍下物體的熱圖；而微波遙感則是利用微波攝下物體的景象。與可見光遙感和紅外遙感相比，微波遙感技術有許多優點：
第一，對目標的鑑別能力強。由於物質內原子和分子的電動力學過程，任何物體都會產生自然的無線電波輻射，不同物體輻射頻譜不同。如鋼、水和混凝土，在同溫度下，紅外比輻射率分別是0.6—0.9，0.9和0.9，差別是不明顯的，而相應的微波比輻射則分別大0.0，0.4和0.9，根據遙感的輻射強度，就能辨認出目標究竟是飛彈發射架還是高樓大廈。
第二，穿透雲層能力強。可見光和紅外線對雲層（特別對雨雲）是“望而生畏”的，而微波卻在其中暢行無阻。因此，在高空中（如衛星上）拍攝地面景物，是紅外遙感和可見遙感所無能為力的，而微波遙感卻能大顯身手。
第三，對物體的穿透能力強。例如對於冰雪、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個波長。由於穿透深，就可以獲得地面下的信息。
第四，獲得信息不同。例如，可見光和紅外照片上土壤及植物的顏色，主要由它們的表面層分子諧振所決定，而微波遙感照片的顏色，則反映了土壤和植物的幾何體及介質特性。將這兩方面信息綜合起來，就獲得了目標的全面信息。因此，微波遙感，紅外遙感和可見光遙感也是相互補充的。
套用
微波大氣遙感儀器簡單說明一下這些東西怎么用法，這個在海洋探測裡邊用的，海洋（占）整個地球60％的面積，甚至還多，那么人類現在，上個世紀主要是靠陸地，有了資源，有了食品，現在地球裡邊的，非再生資源越來越少了，石油越勘探越少，煤越來越少，食物，（因為）人口膨脹，食物越來越少了，怎么辦呢，現在提出口號向海洋要資源，那必須得要研究海洋，要研究海洋的話，海洋的很多動態，需要研究的，一般都是浪長 海浪 風長，海洋的風向風速，溫度長，海面的溫度怎么分布的，流長，海流怎么流法，因為這些東西，跟人們所需要的人類的活動密切相關。
比如說出海，必須知道今天的天氣，海流往哪兒走，風向應該往哪兒走，不知道這個，他回不來了，另外海洋動物，生物，各種不同的魚，它跟海洋的溫度，海洋的葉綠素的分布，都有關，如果能比較準確地掌握了這個東西，漁民直接到那兒去，所以可以大量地捕魚，國家已經使用這個東西指導海洋的捕魚，這就是海洋的套用，那么海洋的災害也比較多了，颱風，厄爾尼諾現象，大家聽到了，溫度異常，反過來拉尼娜現象，這個都是跟人類生活非常非常（密切的），拉尼娜它是厄爾尼諾的一個反面，厄爾尼諾是溫度升溫， 拉尼娜是降溫，那么這個東西，如果不了解的話，為什麼最近天氣比較異常呢，跟這個有關，以往不知道，現在可以準確地預報它，這個開發海洋資源裡邊，這個圖像是海洋的地貌，不但是能夠給表面地貌，而且能夠給出海底的地貌，這很重要。
現在大陸架，伸出去，大陸架是中國的領土，如果不了解大陸架怎么延伸的，你說少了，受損失，說多了，人家笑話你，大陸架延伸多少，這是海面的溫度，溫度差是很重要的，剛才已經說了，舉個簡單例子，捕魚的問題，除了這個以外，厄爾尼諾現象是靠溫度和海洋的高度變化探測的，大氣，是人們非常關注的，因為人類的空間，海洋大氣在空間，那么大氣裡邊 降水，降雨 降雪，這些東西你總得有預報，要預報的話，需要知道雲彩，另外雲彩裡邊的含水量，這個水的顆粒多少，一般的雲彩不會下雨的，現在說人工下雨，都是掌握了這些知識以後，再添一點，它就下雨了，所以大氣探測對人類是至關重要的，天氣預報就是靠這個東西，遙感比較準確的給出這些數據。
下邊就是陸地，人們生活的陸地，陸地套用比較多的是植被的分配，還有風沙，現在不是沙化厲害嗎，現在遙感就在這兒發揮作用，這個沙眼究竟在什麼地方，你說酸雨下來，這個雨從哪兒來，另外人類現在衣食住行，吃的東西，每年的農作物 估產，這個是對國民經濟的發展是相當重要的，國家計委為什麼到年底才開一個明年的計畫會議，有時候年底開不了，到第二年的1月份開會，就等著這個估產，估產準確了，有些東西可以出口多少，有些調節糧種，進口多少，這個掌握不住的話，不該出口的出口了，不該進口的進口了，所以農業的估產，現在做的，小麥的估產做到95％的準確度，水稻 低一點85％左右，玉米 大豆稍微高一點，85％到90％，這已經形成了微波大氣遙感每年向國家（上）報，國務院（上）報的，當然現在預報並不是單純這個，還有其他途徑。
另外一個地震，地震預報是一個世界的難題，現在沒有很好的辦法，但利用這些空間技術，和地質技術，（逐步了解）這些東西，微波大氣遙感逐步逐步地改進，對地震預報能力越來越強，這裡邊遙感主要是從空中看地面的溫度變化，有紅外的，也有微波的，另外一個探礦，我們地下有很多油田，怎么發現，打井是最好一次（成功），但不能到處打井，究竟打在哪兒更準確一點，這樣大量省經費，省人力，這個遙感技術就提供這個（信息），可能在這個方位有油，你去打吧，
世界發展
帶有微波遙感器的第一個海洋衛星，1978年美國發射的，它裝的是幾個微波遙感器，散射計、雷達高度計等等，這個（是）它上邊的一個高度計，這個高度計在一千公里以外，對海面的距離測量精度現在已經達到4.5厘米，相當準確，然後它給出一個海浪的高度，海浪高度10％的精度，那么知道了這個以後，再加上溫度，可以告訴你， 厄爾尼諾現象是不是（正）在形成，這個是叫“GEOSAT”，這個是另外一個高度測量的衛星，這是上邊的一個高度計，這個是加拿大的雷達衛星，是專門用雷達的，它主要是觀測地面的，加拿大（有一個微波大氣遙感在搞這個工作），因為加拿大地處北極，凍的分布，這些東西它（能）了解，
日本發射的實際上美國研製的，先進的對地觀測衛星， 歐洲發射的，歐洲遙感衛星一號，這是它的二號，這個是歐洲發射的專門測量環境的，環境衛星，這個是最新一代的專門高度測量的衛星，
中國的發展
中國的遙感發展是（20世紀）70年代初開始的，微波遙感稍微晚一點，到目前為止微波大氣遙感走了三個階段，最初呢，跟著人家學，把遙感這樣概念引入到中國，這個階段大概是（20世紀）70年代中期，那個時候微波大氣遙感到處宣傳，向中央寫報告，中國應該發展（遙感技術），比人家已經晚了，大概8年左右，第二個階段，微波大氣遙感已經進入到自己有能力做科學研究和技術系統的開發，這個時間比較長一點，而且國家，正式把這個計畫列入到國家的五個五年計畫的攻關計畫里，所以微波大氣遙感65 75 85 95（計畫），現在十五（計畫）了，每個五年計畫科技攻關裡邊都有這個內容，第三個，微波大氣遙感不但在地面和在航天航空這一級做了這個工作，而且已經上了衛星，直到現在天上發射的氣象衛星海洋衛星還有無人飛船“神舟號”，都有這個遙感器，微波遙感器還沒有上天，很快的，“神舟”系列裡邊有微波遙感器上天，這個是中國研製的2個系列，下邊一個一個會說的，那么搞遙感的時候，必須同樣的探測地面的目標特徵，因為照相以後，根據圖片，要判（斷）一下，究竟這是什麼東西，所以地面相應的測量，各種各樣的地物的一個特徵，所以這裡邊很多測量，測量農作物，水稻的，高粱的，雪的凍的，這些東西都有，這就是測量海洋，掌握了這個以後，（要）進行數學模型的建立，然後我們的衛星數據下來以後，根據這個東西進行判斷，這個是中國做的第一台我們國家的機載散射計，這個是機載高度計，這（是）一個天線了，這個就是微波大氣遙感在農作物的實地測量，目的是掌握它的特徵，掌握不住這個特徵，估產就比較差勁，農作物的生長，不同期間 不同的階段，它反映在遙感器里是什麼特徵，這裡邊有跟葉綠素有關，水分有關，肥料有關，這是在北京郊外，用大吊車測量我們北京郊外的一個桃樹林，桃樹當年生產情況，右邊這個是在湖南測量水稻，當時車進不去，路比較泥濘，所以當地的農民搭了這個台子，儀器放在上面，做測量用的，這裡列的是中國到目前為止做的各種各樣的儀器，
微波大氣遙感已經做了這么多工作，微波大氣遙感國際上現在，做哪些方面的工作呢，一個遙感器的發展，是更加集成化，模組化，另外一個小型化，因為大家可能聽說過，現在的衛星都是幾噸幾噸的，噸級的衛星很大，最近正在發展幾十公斤的，一百公斤的，五百公斤的小衛星，甚至是由，大概幾十克的一個納衛星，但納衛星做不了這個工作，但五十公斤以上的小衛星可以做的，那么衛星變得很小，這樣發射衛星的周期一兩年就可以發射了，不像以前發射一般都是五年以上，衛星要做得小，上邊放的儀器一定要小，所以（這是）微波大氣遙感小型化的問題，這個就是剛才說的，美國最近做的，2001年2月發射的，一次性的能夠給予三維圖像，這個非常成功，它高層的精度，（美國）對外公布它做到了10米，實際上它已經做到4米，分析的結果，這樣，它把全世界覆蓋一遍，那么中國怎么發展？
微波大氣遙感已經發展了很多，但是離外國有相當大的距離，但中國現在使勁趕，中國有幾個原則，第一個原則，中國是一個開發中國家，中國的國力有限，不能跟中國拼經濟實力，但是我必須做，所以必須重點突出，不能他有什麼我有什麼，第二個原則是我們我們國民經濟發展需要空間遙感，應該發展這樣的工作，所以發展是必須要發展的，儘管沒有錢，第三個，微波大氣遙感發展不能亦步亦趨的跟人家走，所以做跨越式發展，（國外）是一步一步走的，我們第一步做完了以後，從這兒跳過去，一下子做到前沿裡邊去，我們已經這樣做了，所以我們經過這幾年以後，有些水平上，已經接近（國外先進水平），這么說吧，我們中國的微波遙感，在亞洲還是第一，國際上大概美國 俄羅斯，歐空局，歐空局跟我們差不多，日本也不如我們，印度不如我們，至少到目前為止，第一個，我們首先要做到，現有的 已有的遙感技術，水平要提高，這是第一個要做的，第二個要擴展我們的頻率，剛才我說了，現在，中國掌握的頻率，到現在為止是8毫米，能夠上天的，但這個東西就比起人家來差遠了，美國做了多少，已經400個G，就是已經到亞毫米，零點幾毫米，我們是8毫米，差一個數量級，西歐國家有的已經做到大概是0.5毫米，那我們現在中國，是在這個方面要做到，本世紀的初期，就是2005年以前我們要達到400個G，就是0.8毫米左右，然後越來越接近，估計花個十年左右的時間，跟（國外先進水平）差不多，下邊就是小型化的問題，剛才已經講了，第四個我要加強基礎研究，基礎研究跟不上，你新的技術出不來，你很難有突破性的進展，很難趕上美國，下邊是套用研究，我們有了這么多東西，怎么套用法，因為用戶需要培養，到目前為止有些用戶就是看圖識字了，圖片有了以後就看圖片，這樣不行，必須從已經獲取的信息和圖像裡邊挖掘出更深層次的信息，
中國現在正在做的工作， 一個叫多模態遙感器，馬上上天了，還有一個是先進模組化的遙感器，還有三維成像的，合成孔徑雷達的，我們即將要發射海洋二號衛星，風雲系列的衛星，風雲系列到目前為止，只有紅外，沒有微波，而海洋和大氣沒有微波，是絕對不行的，所以我們已經立項 正在做，我估計過個五年左右，我們海洋衛星，我們的氣象衛星，都已經有微波，所以（和）國際上可以相比擬，還有月球的探測，裡面我們將準備用微波，還有新的知識，叫空間虛擬遙感，這個是多模態遙感器，這邊這個是即將要上天的，遙感器的衛星的一段，這個（是）“神舟”系列裡邊的，下一次發射就發射它，我是這個系統的總師，這個如果上去的話，對海洋 對大氣，我們中國就突破了我們的零，零的突破，在這個水平裡邊我們有兩項是超過美國的，這裡邊，這個是 現在研究人員都在調整上天的儀器，那么先進模組化是這樣的，因為剛才那個，三個模態的東西都在這兒，但有的時候，不一定三個都要，所以怎么辦呢，就做成模組，需要哪個上那個，這個就是，去年我們的江主席，他們都來參觀過這個（模組），這個是我們自己有智慧財產權的，我們有發明專利的，一個三維成像的高度計，到目前為止，國際上還沒有這個東西，我們一次性的，比較小的東西，一成像出來，它就是立體圖，不像美國剛才那樣，伸出60多米的，那個東西（美國）做得了，我們做不了，我們沒那個錢，所以窮人有窮辦法，做出來的東西也許可能比別人就好，這是我們今年4月份，第一次試飛，這個圖好象不是太好，這個是我們在（陝西）閻良（機場），試飛時飛的，西安（試飛研究所）幫我們飛的，飛得很好，但這個圖像不太好在那兒呢，飛機姿態不穩定，這個三維成像，立體成像是非常要求姿態穩定，但是至少證明這個原理通（過）了，所以我們對外宣布我們已經成功了，這裡邊（就）是，這邊這個是 干涉圖，有了干涉圖以後可以出現三維，進一步處理，下邊我們叫綜合孔徑輻射計，國際上（現在）美國有，丹麥有，我們有，什麼意思呢，就是剛才說，有一個被動的，它作用很簡單，沒有反射計，很簡單，但是這個解析度比較差，我們發展這個技術，它的解析度能夠提高，在地面做之前，這個也是成功的，下面我們就是頻率爬高的（問題），剛才說了，我們這個是山後面飛的，也在（陝西）閻良飛，這個（是）我們得到的，黃河和渭河（的遙感圖），在（陝西）閻良飛的，叫做“飛黃”，這個圖相當漂亮，下邊叫空間虛擬，這個是我們第一個提出來的，新的技術，但這個，要發展成真正能套用的，我估計有十年，什麼意思，現在我們很多儀器剛才說的做得很大，越來越大，為了提高它的精度，提高它的解析度，做得很大很大，上衛星有點困難了，怎么辦呢，我現在把它分化，放在不同的衛星上面，然後到上邊以後，它就虛擬成像，大家知道，我們虛擬用在電影裡邊很多，本來後邊沒有沙灘，兩個人在那兒打排球，就在這個屋裡邊，這個後邊憑空搞了一個沙灘，好象挺熱鬧，在沙灘裡邊打排球一樣，一樣 這個虛擬技術用在空間裡邊，那么美國也在研究，我們也在研究，我們希望在這個問題上，跟美國同步，但他有錢，他肯定比我們快一點，但至少我們不會比別人落後十幾年，所以如果只要這個成功的話，不但在空間這裡邊，將來要看非常遠的星球，大家知道哈勃望遠鏡看到150光年以外的一個東西，如果是虛擬成像上去的話，我這個機械拉得非常非常長，幾百公里，幾千公里，再看星球，那就解析度很高了，看得很遠，所以這個技術很有前途，我們目前現在是大力發展這個問題。
儀器
進行微波遙感的基本儀器裝置是微波輻射儀它是一種方向性好、靈敏度高的微波噪聲接收機。主要由天線、接收機、數據記錄或儲存單元三部分組成。天線一般採用拋物面及其變型，要求有好的角解析度、儘可能低的旁瓣。接收機一般採用迪克調製式的超外差接收機。它首先將天線收集的微波輻射的直流信號變成交流，然後用超外差線路進行檢測。為了提高信噪比，降低輸出的脈動，還要將一定時間間隔內的信號進行積累和平均。在迪克調製式接收機的基礎上還發展了其他幾種改進型，例如零平衡式、雙參考源調製式以及脈衝噪聲注入式等。
