本文關(guān)鍵詞： 合成孔徑雷達(dá) 小波變換 傅里葉變換 CMOD系列模型 海表風(fēng)場(chǎng)反演　出處：《華東師范大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：海表風(fēng)場(chǎng)是海洋微波遙感研究中的重要組成部分,它是研究流場(chǎng)、鹽度、海氣耦合系統(tǒng)的基礎(chǔ)海洋要素,也是熱帶氣旋、鋒面、漩渦等海洋現(xiàn)象研究中的重要物理參數(shù)。海表風(fēng)場(chǎng)為各類海洋動(dòng)力參數(shù)的數(shù)值模擬和預(yù)報(bào)模型提供初始參數(shù),并在海洋測(cè)繪、氣象預(yù)報(bào)、溢油監(jiān)測(cè)等方面廣泛運(yùn)用。近岸海表風(fēng)場(chǎng)與人類生產(chǎn)、生活以及安全息息相關(guān),特別是周期性的熱帶氣旋等極端天氣造成的臺(tái)風(fēng)和風(fēng)暴潮對(duì)漁業(yè)、港口工程、海上通航影響巨大,因此快速反演高精度的近岸風(fēng)場(chǎng)信息極為重要。近岸海表風(fēng)場(chǎng)信息數(shù)據(jù)的獲取方法和技術(shù)很多,相比于浮標(biāo)零星的數(shù)據(jù)覆蓋度,散射計(jì)較低的分辨率,合成孔徑雷達(dá)(synthetic aperture radar,SAR)因其分辨率高、穿透能力強(qiáng)、重訪周期短,成為近岸范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)風(fēng)場(chǎng)細(xì)節(jié)信息、探索中小尺度海面風(fēng)波動(dòng)的有效技術(shù)手段,也是海洋微波遙感的重要研究方向。本文以歐空局最新發(fā)射的Sentinel-1為SAR圖像數(shù)據(jù)源,圍繞SAR海表風(fēng)場(chǎng)反演可行性和適用性這一主要問題,分別對(duì)長江口近岸海域中性風(fēng)場(chǎng)和西北太平洋海域高風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行SAR風(fēng)場(chǎng)反演。通過SAR反演結(jié)果與歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)提供的模式風(fēng)場(chǎng)以及實(shí)測(cè)風(fēng)場(chǎng)等數(shù)據(jù)資料,基于海面風(fēng)場(chǎng)SAR遙感機(jī)理,探討小波變換與傅里葉變換相結(jié)合提取風(fēng)向信息的可行性,并討論針對(duì)長江口近岸海域SAR風(fēng)速反演的基于地球物理模式函數(shù)(Geophysical Model Function,GMF)的最佳CMOD模型,便于后續(xù)提取長江口沿海長時(shí)間序列風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)。針對(duì)西北太平洋海域上的含臺(tái)風(fēng)要素的SAR圖像進(jìn)行臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)反演,分析了 SAR應(yīng)用于高風(fēng)場(chǎng)反演的可行性,以及CMOD系列模型在高風(fēng)場(chǎng)的應(yīng)用效果和歸一化后向散射截面(NRCS,normalized radar backscatter cross section)飽和問題,并對(duì)這一研究領(lǐng)域的發(fā)展前景與存在的問題提出了自己的見解。主要研究結(jié)果如下:'(1)中性風(fēng)場(chǎng)反演中,除個(gè)別包含復(fù)雜紋理特征的SAR子圖像以外,SAR風(fēng)場(chǎng)反演精度整體優(yōu)于ECMWF模式風(fēng)場(chǎng);經(jīng)過多級(jí)小波變換后的風(fēng)向提取結(jié)果更優(yōu),三級(jí)、二級(jí)、一級(jí)小波變換的均方根誤差分別為31.6°,29.7°,23.5°;其中,經(jīng)過二級(jí)小波變換之后的整景SAR圖像結(jié)合風(fēng)向信息代入到CMOD系列模型中反演得到的風(fēng)速精度最優(yōu),均方根誤差控制在0.8m/s;比較適合長江口外近海海域的是CMOD-IFR2和CMOD4,均方根誤差分別為1.08m/s和1.05m/s。(2)高風(fēng)場(chǎng)反演中,利用傅里葉變換提取的SAR圖像上的風(fēng)向與風(fēng)致條紋吻合,風(fēng)向呈旋渦狀圍繞著低風(fēng)速的圓形臺(tái)風(fēng)風(fēng)眼,并且根據(jù)風(fēng)向和風(fēng)速反饋到的信息可以看出捕捉到的臺(tái)風(fēng)風(fēng)眼位置比ECMWF模式風(fēng)場(chǎng)所反映出的臺(tái)風(fēng)風(fēng)眼位置更加準(zhǔn)確,ECMWF模式風(fēng)場(chǎng)整體延時(shí)約2.5h。除此之外,臺(tái)風(fēng)風(fēng)眼中心的風(fēng)速與ECMWF模式風(fēng)場(chǎng)的結(jié)果較為一致;但是有風(fēng)眼向外側(cè)風(fēng)速普遍在20m/s左右,而非像ECMWF模式風(fēng)場(chǎng)一樣具有極強(qiáng)的連貫性,由風(fēng)眼向外側(cè)風(fēng)速逐漸增加到20m/s。整體來講,因高風(fēng)場(chǎng)風(fēng)矢量變化速度極快,兩者風(fēng)場(chǎng)結(jié)果差異較大。(3)SAR風(fēng)場(chǎng)反演的局限性:針對(duì)中性風(fēng)場(chǎng),風(fēng)向提取過程依賴于風(fēng)致條紋,當(dāng)SAR圖像缺乏風(fēng)致條紋,或者某些尺度相似的線性條紋并不是由風(fēng)引起時(shí),根據(jù)SAR影響提取到的風(fēng)向會(huì)產(chǎn)生較大的誤差,進(jìn)而影響風(fēng)速反演,未來應(yīng)減輕風(fēng)致條紋在反演中的比重,例如運(yùn)用多普勒頻移等參數(shù)。針對(duì)高風(fēng)場(chǎng),風(fēng)致條紋清晰、穩(wěn)定,有利于風(fēng)向提取,但是同極化SAR數(shù)據(jù)源在高風(fēng)速劇烈海況下,存在一定程度的NRCS飽和問題,導(dǎo)致反演得到的風(fēng)速突變,使得反演結(jié)果不準(zhǔn)確;除此之外,高風(fēng)場(chǎng)反演的驗(yàn)證數(shù)據(jù)獲取困難。
[Abstract]:嫻瘋〃椋庡満鏄搗媧嬪井娉㈤仴鎰熺爺絀朵腑鐨勯噸瑕佺粍鎴愰儴鍒，

本文編號(hào)：1538670