近日，空间科学研究院卫星导航与遥感课题组徐天河教授团队在地球科学和遥感领域顶级期刊（JCR 1区）《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing（IEEE TGRS）》上发表了遥感水汽反演相关的系列研究论文。水汽是大气的重要组成成分，精确的水汽反演对数值天气预报，全球水文循环监测，以及高精度对流层延迟改正等有重要作用。针对水汽研究的重要性，团队分别在微波水汽反演模型精化，星载与地基数据联合的水汽反演方法以及海洋区域不同水汽的交叉检核方面取得了新进展。
物理模型与机器学习融合的新型微波水汽反演方法研究。在传统物理模型的基础上，引入机器学习方法处理非线性地表参数，构建了陆地水汽反演的新模型。相对于传统物理模型，新模型反演精度在升轨和降轨上分别可以提升24.4%和26.4%；相对于传统机器学习模型，新模型在升轨和降轨上分别可以提升17.4%和19.4%。该论文第一作者为团队2020级硕士研究生高兆瑞，通讯作者为许艳副研究员。
图1.新模型全球范围内空间精度验证
星载与地基数据联合的水汽反演方法研究。充分利用星载微波遥感和地基GNSS两种技术优点，引入反向传播神经网络(BPNN)来实现基于GNSS地面数据的AMSR2卫星PWV反演，给出了BPNN最优参数配置，量化评估了不同轨道类型和不同频率亮温数据对于PWV反演精度的影响，利用探空数据评估了本文方法反演PWV的精度。结果表明，本文方法可以实现高精度、全球尺度地基GSSS和星载AMSR2联合水汽反演。该论文第一作者为团队教师江楠博士，通讯作者为徐天河教授。
图2.反演的PWV与GNSS-PWV的精度对比
全球海域掩星水汽与微波水汽的交叉检核研究。系统揭示了COSMIC-2水汽与三种不同微波辐射计SSMIS，AMSR-2，和GMI水汽的RMS随纬度和高度变化的规律，重点分析了COSMIC-2水汽在热带和亚热带海洋区域的精度。以COSMIC２水汽作为参考值，分析了云含量、降雨率、风速和海表温度对遥感水汽反演的精度影响。结果表明，遥感水汽反演的精度与云含量、降雨率和海表温度变化呈正相关，与风速变化呈负相关。该成果第一作者为团队2017级博士研究生王帅民，通讯作者为徐天河教授。
图3.COSMIC-2水汽与微波遥感水汽的RMS与降雨率、云含量、海表温度和风速的变化关系
IEEE TGRS是地球科学和遥感领域的顶级期刊之一，是IEEE地球科学与遥感技术协会（GRSS）会刊，在遥感技术和地球科学领域具有较高影响力，2021年影响因子为5.6。
这些研究工作得到了山东大学攀登计划创新团队建设经费，国家重点研发计划，国家自然科学基金重大项目，青岛海洋国家实验室“问海计划”，国家自然科学基金，山东省自然科学基金，山东大学青年学者计划等项目的资助。
徐天河教授领导卫星导航与遥感课题组始终围绕国家综合PNT与日地空间无缝导航、海洋环境监测与全球海平面变化以及商业小卫星多光谱载荷设计与创新应用三个凝练方向开展课题研究；建有威海市卫星导航与遥感重点实验室、山东大学北斗/GNSS分析中心和卫星遥感数据处理与应用中心。研究团队近年来承担国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重大项目课题、“问海计划”重点项目、山东省重点研发计划项目、以及北斗重大专项等共计30余项研究任务，科研经费4500多万元，发表SCI论文80余篇，EI论文30余篇，获测绘科技进步特等奖2项，卫星导航定位科技进步一等奖1项。
相关论文及其链接如下（*为通讯作者）：
[1] Zhaorui Gao, Nan Jiang, Yan Xu*, Tianhe Xu, and Yangfan Liu. Precipitable Water Vapor Retrieval Over Land From GCOM-W/AMSR2 Based on a New Integrated Method. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2022.https://doi.org/10.1109/TGRS.2022.3151384
[2] Nan Jiang, Yan Xu, Tianhe Xu*, Song Li, and Zhaorui Gao. Land Water Vapor Retrieval for AMSR2 using a Deep Learning Method. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2022.https://doi.org/10.1109/TGRS.2022.3162222
[3] Shuaimin Wang, Tianhe Xu*, Yujing Xu, Chunhua Jiang, Fan Gao, Zhen Zhang, Yuguo Yang, Zhenlong Fang, and Huijie Xue. Intercomparison of Total Precipitable Water Derived from COSMIC-2 and Three Different Microwave Radiometers over the Ocean. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2022.https://doi.org/10.1109/TGRS.2022.3160020
