本书系统论述太赫兹波冰云遥感的理论基础、正反演机理与前沿算法。全书围绕太赫兹波对全尺度冰晶粒子敏感性的优势，遵循物理机理、正向模拟、反演算法、协同验证的科学逻辑，内容涵盖太赫兹辐射大气传输建模及非球形冰晶散射特性的介绍，深入分析太赫兹波段对冰云微物理参数的敏感性；在此基础上，构建从传统经验统计、贝叶斯概率估计到物理数值优化及前沿机器学习的多元化反演算法框架。此外，书中深入探讨云场空间不均匀性对辐射传输的影响，并构建太赫兹波与微波、红外波段的联合反演模型，最终通过机载飞行试验对相关理论与方法进行验证。
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第1章 太赫兹波大气遥感概述 1
1.1 太赫兹及其大气传输特点 1
1.2 太赫兹大气遥感应用 4
1.2.1 温湿廓线的遥感 4
1.2.2 冰云粒子的遥感 5
1.2.3 微量气体成分的遥感 5
1.3 太赫兹波大气遥感技术发展历程及典型载荷简介 6
1.3.1 大气温湿廓线及微量气体成分的太赫兹波遥感 7
1.3.2 冰云参数的太赫兹波遥感 13
参考文献 22
第2章 太赫兹辐射大气传输计算 26
2.1 太赫兹辐射大气传输方程 26
2.2 气体分子对太赫兹辐射的吸收 27
2.2.1 太赫兹波段典型吸收气体及其特征 27
2.2.2 太赫兹波段光谱线型理论 28
2.2.3 水汽连续吸收效应 30
2.3 云粒子对太赫兹辐射的散射 31
2.3.1 粒子单散射特性计算 31
2.3.2 群粒子体散射特性计算 35
2.3.3 太赫兹波段云粒子散射特性数据集 39
2.4 太赫兹辐射传输的精确计算模型 41
2.4.1 ARTS 41
2.4.2 AMATERASU 43
2.5 太赫兹辐射传输的快速计算模型 44
2.5.1 RTTOV 44
2.5.2 PAMTRA 44
参考文献 45
第3章 太赫兹波冰云参数遥感的敏感性分析 49
3.1 太赫兹通道亮温对冰云参数的敏感性分析 49
3.1.1 粒子尺度的敏感性分析 49
3.1.2 冰水路径的敏感性分析 53
3.2 太赫兹通道信息含量分析 57
3.2.1 信息含量分析的意义 57
3.2.2 不同类型云的信息含量分析 59
3.3 太赫兹波段极化信号特征及敏感性 71
参考文献 74
第4章 太赫兹波冰云参数反演方法 78
4.1 经验统计反演方法 79
4.1.1 查找表反演方法 79
4.1.2 统计回归反演方法 87
4.2 贝叶斯概率估计反演方法 91
4.2.1 先验信息库的构建 91
4.2.2 理论基础及反演流程 93
4.2.3 反演案例分析 96
4.3 物理反演与数值优化方法 100
4.3.1 最优估计方法 101
4.3.2 智能搜索优化算法 105
4.4 机器学习方法 110
4.4.1 基于M5模型树的反演方法 110
4.4.2 基于贝叶斯神经网络的反演方法 112
4.4.3 基于分位数回归神经网络的反演方法 114
参考文献 118
第5章 冰云不均匀性特征对太赫兹辐射传输的影响 122
5.1 冰云的垂直不均匀性对太赫兹辐射传输的影响 122
5.1.1 双层云特征对太赫兹辐射的影响分析 123
5.1.2 垂直不均匀性影响太赫兹辐射的统计分析 126
5.2 冰云的水平不均匀性对太赫兹辐射传输的影响 133
5.2.1 冰云水平不均匀特征对太赫兹辐射传输的影响分析 134
5.2.2 太赫兹波段三维辐射传输效应的近似方法 138
5.2.3 考虑冰云水平不均匀性的反演方法 149
参考文献 157
第6章 太赫兹与其他波段的联合反演 161
6.1 太赫兹-微波辐射计联合反演冰水重叠云参数 161
6.1.1 太赫兹与微波联合反演冰水重叠云参数的机理 162
6.1.2 太赫兹-微波辐射计联合云检测和相态分类模型 173
6.1.3 太赫兹-微波辐射计联合反演冰水重叠云参数的方法 180
6.2 太赫兹-红外波段联合反演云参数 189
6.2.1 太赫兹与红外辐射计联合云检测与相态识别 190
6.2.2 太赫兹与红外辐射计联合反演冰水云微物理参数 198
参考文献 206
第7章 机载太赫兹辐射计冰云遥感试验 210
7.1 太赫兹辐射计反演冰云参数试验 211
7.1.1 CoSSIR机载辐射计反演试验 211
7.1.2 ISMAR机载辐射计反演试验 213
7.2 太赫兹-微波辐射计的正向辐射传输模拟验证 215
7.3 冰水重叠云参数反演模型的验证 218
7.3.1 物理反演模型的机载试验验证 219
7.3.2 BMCI反演模型的机载试验验证 220
7.3.3 BNNs反演模型的机载试验验证 222
7.4 反演的误差来源分析 224
7.4.1 基于ERA-5再分析资料的辐射传输闭合试验 224
7.4.2 基于毫米波云雷达的辐射传输闭合试验 225
参考文献 228
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