【摘要】：微波散射計(jì)、輻射計(jì)和合成孔徑雷達(dá)具有全天候監(jiān)測(cè)海面風(fēng)場(chǎng)的能力。本文介紹了利用衛(wèi)星散射計(jì)、輻射計(jì)和合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)反演海面風(fēng)場(chǎng)的原理和方法。微波傳感器測(cè)量海面風(fēng)場(chǎng)的基本原理是建立海面后向散射系數(shù)或海面亮溫與海面風(fēng)矢量或風(fēng)速的關(guān)系。目前普遍采用海面歸一化后向散射系數(shù)與風(fēng)矢量的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系作為衛(wèi)星散射計(jì)海面風(fēng)場(chǎng)反演的模式函數(shù)。 海面風(fēng)場(chǎng)反演的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶瘮?shù)與海區(qū)其它環(huán)境參數(shù)例如海面溫度、海浪等有關(guān)。因此，建立中國(guó)海域的衛(wèi)星散射計(jì)海面風(fēng)場(chǎng)反演模式函數(shù)對(duì)于發(fā)展我國(guó)衛(wèi)星散射計(jì)計(jì)劃具有重要意義。本文選擇中國(guó)海域NSCAT后向散射系數(shù)數(shù)據(jù)、SSM／I海面風(fēng)速數(shù)據(jù)以及ECMWF模式風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)向數(shù)據(jù)，首次建立了基于中國(guó)海域的海面風(fēng)場(chǎng)反演經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶瘮?shù)。其中，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶瘮?shù)的系數(shù)由準(zhǔn)牛頓迭代法獲得。利用該模式函數(shù)對(duì)另一組NSCAT后向散射系數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行海面風(fēng)場(chǎng)反演，采用最大似然估計(jì)確定多個(gè)風(fēng)矢量解，并采用矢量中值濾波消除多解。與NSCAT海面風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)比較，風(fēng)速均值偏差為0.22m／s，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.10m／s；風(fēng)向均值偏差為1.4°，標(biāo)準(zhǔn)偏差為6.4°。與浮標(biāo)數(shù)據(jù)比較，風(fēng)速均值偏差為0.28m／s，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.40m／s；風(fēng)向均值偏差為2.9°，標(biāo)準(zhǔn)偏差為16.2°。結(jié)果證明該海面風(fēng)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶瘮?shù)的有效性，為我國(guó)未來(lái)的海洋衛(wèi)星微波散射計(jì)模式函數(shù)的建立奠定了初步基礎(chǔ)。 衛(wèi)星散射計(jì)反演海面風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)向多解消除與散射計(jì)的天線及其掃描方式有關(guān)。本文利用ECMWF模式風(fēng)場(chǎng)分析了風(fēng)向多解消除的準(zhǔn)確率與天線方位角、入射角以及風(fēng)速的關(guān)系。研究表明，圓錐掃描的衛(wèi)星散射計(jì)消除風(fēng)向多解的準(zhǔn) 多傳感器衛(wèi)星海面風(fēng)場(chǎng)遙感研究 確率高于棒狀天線，尤其在低風(fēng)速情況。這對(duì)于我國(guó)擬定發(fā)射的衛(wèi)星散射計(jì)天 線設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。 雖然微波散射計(jì)具有全天候工作特點(diǎn)，但是大氣衰減對(duì)散射計(jì)測(cè)量的后向散 射系數(shù)仍然有影響。消除大氣水汽和液態(tài)水的影響可以獲得更為準(zhǔn)確的海面后 向散射系數(shù)。本文利用同步的微波輻射計(jì)亮溫?cái)?shù)據(jù)以及輻射傳遞模型對(duì)散射計(jì) 的后向散射系數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣衰減修正。結(jié)果表明，修正后的散射計(jì)后向散射 系數(shù)反演的風(fēng)速具有明顯的改進(jìn)。 合成孔徑雷達(dá)SAR具有觀測(cè)高空間分辨率海面風(fēng)場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)。本文利用C波 段Radarsat合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)和ERSISCATC波段CMOD系列模式函數(shù)反演高 分辨率的海面風(fēng)場(chǎng)。由于CMOD系列海面風(fēng)場(chǎng)反演模式函數(shù)是針對(duì)ERSC波段 散射計(jì)(vv極化)的，而C波段Radarsat SAR采用HH極化，因此需要考慮極 化率模型。本文對(duì)四種極化率模型進(jìn)行了比較研究。利用不同的極化率模型將 H}I極化RADARSAT SAR數(shù)據(jù)反演的風(fēng)速與同步的衛(wèi)星散射計(jì)QulkSCAT風(fēng)速 數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明兒rchboff極化率模型適用于HH極化RADARSAT SAR 海面風(fēng)場(chǎng)反演，風(fēng)速的均值偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.37而s和1 .54耐s。 最后，給出衛(wèi)星海面風(fēng)場(chǎng)在臺(tái)風(fēng)路徑與結(jié)構(gòu)、大氣鋒面觀測(cè)以及驅(qū)動(dòng)海洋動(dòng) 力學(xué)模式的一些初步結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號(hào)】：P715.7
【圖文】：

圖1一1棒狀的散射計(jì)天線示意圖(Stoffelen，1998)圖1一2圓錐掃描的散射計(jì)天線示意圖(Stoffelen，1998)氣\圖l一3Seawinds散射計(jì)的天線示意圖(Freilieh，2000)搭載在歐空局系列衛(wèi)星(ERS)上的微波散射計(jì)，工作頻率為C波段(5.3GHz，相當(dāng)于5.66cm)，極化方式為垂直方向。該傳感器與ERS系列衛(wèi)星上的合成孔徑雷達(dá)的成像模式、波模式構(gòu)成一個(gè)主動(dòng)微波裝置(Aetive腸crowaveInstrument，AMI)，分別搭載在1991年7月發(fā)射的ERS一1衛(wèi)星和1995年4月發(fā)射的ERS一2衛(wèi)星上。ERslSCAT具有風(fēng)矢量反演最佳的天線幾何關(guān)系

己經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，并且提出了很多經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶瘮?shù)用于描述散射計(jì)的后向散射系數(shù)與海面風(fēng)矢量以及散射計(jì)幾何參數(shù)之間的關(guān)系。衛(wèi)星散射計(jì)反演海面風(fēng)場(chǎng)的流程如圖2一1所示。本章選擇中國(guó)海域NSCAT后向散射系數(shù)數(shù)據(jù)、55加刀1海面風(fēng)速數(shù)據(jù)以及ECMWF模式風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)向數(shù)據(jù)，嘗試了利用統(tǒng)計(jì)方法建立風(fēng)場(chǎng)反演的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶瘮?shù)。其研究意義在于為我國(guó)未來(lái)的散射計(jì)模式函數(shù)的建立提供一種可行方案。眾所周知，衛(wèi)星散射計(jì)測(cè)量的后向散射系數(shù)主要是風(fēng)速、風(fēng)向、方位角、極化方式和入射角的函數(shù)。在入射角，風(fēng)向、方位角一定的情況下，模式函數(shù)給出的后向散射系數(shù)隨著風(fēng)速的增加而增加;對(duì)于給定的風(fēng)速，模式函數(shù)所描述的后向散射系數(shù)與風(fēng)向、方位角之間呈簡(jiǎn)諧函數(shù)的特點(diǎn)。風(fēng)向?qū)笙蛏⑸湎禂?shù)的調(diào)制使得衛(wèi)星散射計(jì)可以測(cè)量風(fēng)向信息，在固定的風(fēng)速條件下，后向散射系數(shù)在逆風(fēng)觀測(cè)時(shí)最大，順風(fēng)其次，而橫風(fēng)最小。逆風(fēng)和順風(fēng)對(duì)后向散射系數(shù)的調(diào)制以及多個(gè)不同天線方位角和入射角的后向散射系數(shù)據(jù)原則上可以唯一確定風(fēng)矢量信息;此外，風(fēng)向?qū)笙蛏⑸湎禂?shù)的調(diào)制在不同極化方式條件下有所

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本文編號(hào)：2726931