image: Average microwave TB simulation and data. (a) 89GHz; (b) 157GHz; (c) 183GHz. view more
Credit: ©Science China Press
卫星在轨运行时，太空环境造成的影响会导致辐射计有效载荷的系统辐射响应发生变化，因此需要一个长期稳定可靠的定标辐射源。月球表面没有大气，也没有诸如水文、生物等因素的影响，其物理化学性质长期保持不变。极轨气象卫星NOAA-18搭载的微波湿度仪在对冷空进行观测时会偶尔会观测到月球。月表面微波辐射具有周期性变化的规律，可以作为微波辐射计在轨定标的一个参考源。
复旦大学金亚秋院士团队近期以“基于月球实时加权平均辐射亮度温度的星载毫米波湿度仪的定标”为题在《中国科学：地球科学》发文。该文从热传导方程出发，考虑实时的太阳辐射强度以及太阳入射角，数值求解了月球正面不同区域的月壤物理温度廓线随时间的变化规律，并用月球轨道勘测器Diviner的全月球红外辐射亮度温度数据进行验证，基于我国“嫦娥二号”微波辐射亮度温度数据反演得到的月壤正切损耗，用辐射传输方程数值模拟了月球正面不同区域的微波辐射亮度温度，来计算得到月球正面的平均微波辐射亮度温度，其结果与NOAA-18微波湿度仪观测的结果一致(图1)。
分析表明，不同频率通道微波辐射计具有不同的月壤穿透深度，微波辐射亮度温度来自于透射深度范围内月壤热辐射的权重累积和，月壤浅层的物理温度及其热辐射起主要的作用。白天时，月壤层温度廓线随深度增加而下降，使得对浅层更敏感的高频率通道微波辐射亮度温度更大些；而在夜间，月壤层温度廓线逆转，使得情况相反。
微波湿度计冷空观测的结果可以用于拟合辐射计的半峰全宽，以推算月球正面平均辐射亮度温度。仿真分析表明，卫星到月球的距离和月相角会对拟合的半峰全宽造成影响。该文基于“嫦娥二号”微波辐射亮度温度数据，数值模拟了不同频率和不同相角下月球正面的平均微波辐射亮度温度，可作为极轨卫星微波湿度计定标源。该研究也为定标需求更复杂的静止轨道微波探测仪和本身定标条件较差的微小卫星微波探测仪提供一个可能的定标源。
由于“嫦娥二号”微波亮度温度数据都是天底点观测的结果，最高频率为37GHz，需要更多高频、非天底点的月球微波辐射观测来进一步优化该参数化模型。
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更多详情请阅原文：
中文版：柳钮滔, 金亚秋. 2021. 基于月球实时加权平均辐射亮度温度的星载毫米波湿度仪的定标. 中国科学：地球科学, 51(4): 621-631
英文版：Liu N, Jin Y. 2021. Calibration of the space-borne microwave humidity sounder based on real-time thermal emission from lunar surface. Science China Earth Sciences, 64(3): 494-502,
https://doi.org/10.1007/s11430-020-9701-1