微波地表比辐射率（MLSE）是一种关键的地表性质，定义为在相同热力学温度下，地面发射的微波亮度温度与理想黑体发射的微波亮度温度之比。在数值天气预报、土壤湿度监测、植被动态分析、识别旱涝灾害与评估野火风险等领域具有广泛应用。MLSE的全球分布可以通过模式模拟或卫星遥感获得，但传统MLSE产品反演多局限于晴空条件，难以全面反映复杂天气条件下的地表特性。同时，目前所有的全球MLSE产品都是基于国外卫星传感器，还没有一种得到国际认可的基于国产卫星的全球MLSE卫星反演产品。
近日，中国科学技术大学地球和空间科学学院、风云卫星遥感联合实验室李锐教授课题组利用风云三号D星（FY-3D）微波辐射计（MWRI）与中分辨率光谱成像仪（MERSI）成功反演了2020-2022年全天候情况下的全球MLSE，获得了与国际高质量同类产品相同的精度水准。研究成果以“Global Microwave Land Surface Emissivity under All Weather Conditions Derived from Fengyun-3D Satellite Observations”为题，发表在国际知名Nature Index期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》（简称JGR-A）上。
研究团队利用FY-3D微波辐射计（MWRI）提供的逐轨道天顶亮温观测数据和基于中分辨率光谱成像仪（MERSI）得到的云特性参数，结合四流微波辐射传输模型，实现了全球范围内全天候条件下的MLSE反演。MLSE数据时间覆盖2020年至2022年，空间分辨率为0.25°。
与基于GMI、AMSR-E、TELSEM2获得的四种国际主流MLSE产品的相比，尽管观测年份差异显著，但FY-3D MWRI MLSE的空间分布格局与国际上其他MLSE产品基本一致。特别是在亚马逊雨林和刚果雨林等植被茂密的地区，各种产品的MLSE值非常吻合，而在干旱的撒哈拉沙漠地区，不同产品之间存在一定差异。
图1 10.65、18.7、36.5和89 GHz水平极化下地表年平均发射率的全球分布数据集（持续时间）从上到下依次为MWRI（2020~2022）、GMI（2014~2019）、TELSEM2（静态）、AMSR-AER（2003）、AMSR-CREST（2002~2008）。
本产品相较于其他产品的一大优势在于其提供了云天下的全球MLSE。云的存在会引起入射太阳辐射、温度和相对湿度等环境条件的变化，进一步影响植被的物理和化学过程（如光合作用、蒸散发），土壤和植被的介电常数也会随之变化，从而造成MLSE的变化，大部分现有MLSE产品（仅仅提供晴天的反演）无法反映这一现象。本研究成果（图2）显示：在植被密集的热带雨林地区，多云条件下降水增加，从而增加了地表湿度，造成土壤和植被含水量介电常数的增加，导致MLSE的降低。因此，在热带雨林地区可以明显观察出晴空与多雨条件下MLSE的正差异。
图2 10.65、18.7、23.8和36.5 GHz h极化条件下，晴空和云天年平均MLSE的差异。
中国科学技术大学博士生刘清扬与美国密西根大学胡继恒博士为本文共同第一作者，李锐教授为通讯作者，中国气象局气象探测中心张鹏研究员、中国气象局地球系统数值预报中心刘勇洪研究员为本文共同作者。国家气象卫星中心为本研究提供了天顶亮温与云特性数据。研究受到国家自然科学基金重点项目、安徽省自然科学基金、国家重点研发计划、风云气象卫星专项创新中心的资助。
http://dx.doi.org/10.1029/2024JD043282
Liu, Q., Hu, J., Zhang, P., Liu, Y., & Li, R. (2025). Global microwave land surface emissivity under all weather conditions derived from Fengyun-3D satellite observations. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 130, e2024JD043282. https://doi.org/10.1029/2024JD043282