【摘要】：海面風(fēng)場是最重要的氣象參數(shù)之一,精準(zhǔn)的海面風(fēng)場信息不僅能幫助我們更加深入地了解地球上的氣象系統(tǒng),還能用來預(yù)報天氣,特別是災(zāi)害式天氣。中法海洋衛(wèi)星CFOSAT(China-France Oceanography Satellite)上搭載的波譜儀SWIM(Surface Waves Investigation and Monitoring)是一種旋轉(zhuǎn)掃描的小入射角雷達(dá),主要用于探測全球范圍的海浪方向譜,而它獨(dú)特的工作方式,可以獲取某一測量點(diǎn)隨入射角和方位角(0～360°)變化的海面后向散射系數(shù),可為海面風(fēng)場的反演提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),本文基于SWIM的觀測數(shù)據(jù)成功反演出了海面風(fēng)場。論文首先利用無雨時SWIM后向散射系數(shù)σ~0、雙頻降雨雷達(dá)DPR(Dual-frequency Precipitation Radar)雙波段(Ku和Ka波段)的σ~0和歐洲中期天氣預(yù)報中心ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)風(fēng)場數(shù)據(jù),驗(yàn)證了無雨時小入射角下σ~0隨相對風(fēng)向存在各向異性與不對稱性,并且分析了全方位向平均以后的σ~0、不對稱性以及各向異性的幅度與風(fēng)速和入射角的關(guān)系。然后利用有雨時DPR雙波段的σ~0和ECMWF風(fēng)場數(shù)據(jù),驗(yàn)證了大到暴雨時小入射角下σ~0隨相對風(fēng)向仍存在各向異性與不對稱性。入射角在10°附近時σ~0基本不隨風(fēng)速變化,因此選擇10°附近的σ~0數(shù)據(jù)重點(diǎn)分析了降雨對σ~0的影響,并且利用四次多項(xiàng)式模型對降雨率和σ~0數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合,模型有很好擬合優(yōu)度。最后基于小入射角下σ~0的各向異性與不對稱性和σ~0隨風(fēng)速變化的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?利用SWIM數(shù)據(jù)反演出了海面風(fēng)場信息。其中0°、2°和4°波束的σ~0數(shù)據(jù)反演出的風(fēng)速相對于ECMWF風(fēng)速的均方根誤差分別為1.22 m/s、1.23 m/s和1.49 m/s。風(fēng)速大于7 m/s條件下,10°波束的σ~0數(shù)據(jù)反演出的風(fēng)向相對于ECMWF風(fēng)向的均方根誤差為18.87°。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P714.2
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文2 小入射角下海面散射機(jī)理及風(fēng)場反演理論本文的研究目標(biāo)是利用 SWIM 數(shù)據(jù)反演出海面風(fēng)場信息，因此在本章我們先介紹了 SWIM 的工作方式，然后介紹了小入射角下海面散射機(jī)理以及小入射角雷達(dá)反演海面風(fēng)場的相關(guān)理論，為本文后續(xù)章節(jié)提供理論基礎(chǔ)。2.1 波譜儀 SWIM 簡介SWIM 是一個工作在 Ku 波段的真實(shí)孔徑雷達(dá)，軌道高度約為 519 km，配備有0°、2°、4°、6°、8°和 10°六個掃描波束，六個波束的波束寬度均為 2°，實(shí)際入射角范圍為 0~11°，0°波束用于測量海面的有效波高，其他波束主要用于探測海浪方向譜信息。圖 2-1 為 SWIM 的工作示意圖。

波束分別選擇入射角在 6±0.5°、8±0.5°和 10±0得到的測量點(diǎn)的 分別進(jìn)行平均就可以得到分析時描的時間、波束、經(jīng)緯度和方位角就組成了分析時 目前只能提供約 14 天的數(shù)據(jù)，且主要為無雨時的 SWIM 數(shù)據(jù)只研究無雨時后向散射系數(shù)的各向異達(dá)數(shù)據(jù)衛(wèi)星 GPM（Global Precipitation Measurement）是續(xù)ical Rainfall Mapping Mission）之后的能探測全球降國國家航空航天局 NASA 和日本的宇宙航空研究7]。GPM 的核心衛(wèi)星是雙頻降雨雷達(dá) DPR （），衛(wèi)星軌道高度為 407 km，不但可以觀測熱帶文使用的是 2A 級別（版本 7）的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，可下圖 3-1 為 GPM 衛(wèi)星群的一個示意圖。

圖 3-2 DPR 雷達(dá)觀測示意圖描方式如圖 3-2 淡藍(lán)色所示，每次掃描有 49，一種與 Ku 波段中間 25 個掃描點(diǎn)重合，稱與 Ku 波段是同步掃描的。另外一種是在兩 24 個掃描點(diǎn)，此時 Ka 波段的脈沖寬度是 KS（High-sensitivity Scan）。表 3-1 DPR 雷達(dá)主要參數(shù)Ku 13.6 GHz 0.5 mm/h 245 km 5 km ±18.1° 49 41.67μs 1.67μ

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2767227