《基於粗糙月面微波輻射模型的月壤厚度反演研究》是依託華中科技大學，由陳萍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於粗糙月面微波輻射模型的月壤厚度反演研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳萍
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目綜合考慮月壤溫度、密度、介電常數、厚度和月表粗糙度等因素的影響，基於輻射傳輸理論和隨機粗糙面理論，建立粗糙月面微波輻射傳輸模型，以更全面地揭示月壤微波輻射傳輸機理，提高月壤輻射傳輸模型精度；並構造基於輻射模型的亮溫近似計算公式，利用嫦娥一號多源觀測數據進行月壤厚度反演，通過改進的微粒群算法，力圖在保證一定反演精度的前提下，降低厚度反演的複雜度。本項目研究有助於推進我國在世界月球探測熱潮中做出創新性的工作，同時還將豐富電磁場理論、微波遙感理論的內容，具有重要的理論價值；本項目提出的具有粗糙表面的非均勻介質輻射傳輸模型也可套用於地球表面海冰、積雪、土壤等相關地物的輻射探測和火星等行星的探測上，具有廣闊的套用前景。
結題摘要
本項目重點研究了微粗糙度和月面地形對亮溫的影響機理：地形通過遮蔽效應影響太陽輻照度，從而影響溫度剖面，同時還影響月壤發射率；而微粗糙度會改變月壤發射率。對於地形影響，結合隨機粗糙面遮蔽理論計算平均太陽輻照度，帶入熱傳導方程，求解溫度剖面；而對於微粗糙度影響，指出傳統切平面近似並不適用，而採用隨機粗糙面二階微擾法進行研究。總之，本項目綜合考慮了月壤溫度、密度、鐵鈦含量、厚度和月表大小尺度粗糙度等因素的影響，建立起全面考慮粗糙度的月壤微波輻射亮溫模型。通過模型仿真計算發現：（1）CE-1實測亮溫與模擬亮溫在數值上有一定差別。這一方面是由於在35-50公里的輻射計探測解析度範圍內，模型中的實際月面參數難以精確確定；另一方面實測數據也存在包括定標方面的一定誤差。（2）在地形、物理溫度、鐵鈦含量、厚度等影響亮溫的因素中，厚度是次要影響因素。如Apollo12地區，當月壤厚度從1m變化到4m，3GHz亮溫僅變化不到2K，而由月面微尺度粗糙度引起的亮溫變化已超過0.5K。（3）只有3GHz能用於厚度反演，且其可探測深度與鐵鈦含量S密切相關。如Apollo12月海地區，S=18, 可探測深度不足4m，而Apollo 16月陸地區，S=5.55，可探測深度為8m。通過與嫦娥一號輻射計的沿軌實測亮溫波形趨勢進行對比，發現二者的趨勢基本一致，波形趨勢主要由鐵鈦含量和地形決定。本項目進而提出了考慮月表地形和鐵鈦含量的月壤厚度反演方法，基於嫦娥一號輻射計的實測亮溫進行月壤厚度反演，將反演結果與已有的月球不同地點月壤實測厚度對比，表明二者結果比較接近。本項目提出的全面考慮粗糙度的月壤微波輻射模型對火星等外星球的輻射探測具有一定的借鑑意義。綜上，本項目已完成預期計畫。截止結題時共發表國際期刊論文2篇，國際會議論文1篇，被SCI收錄2篇，被EI收錄2篇。共培養碩士研究生5名。
