準(zhǔn)確獲取臺風(fēng)風(fēng)場信息是海洋和大氣科學(xué)的研究熱點,也是準(zhǔn)確預(yù)報臺風(fēng)強(qiáng)度和路徑的關(guān)鍵。本文利用C波段雙極化合成孔徑雷達(dá)(SAR)圖像反演得到臺風(fēng)的風(fēng)場信息,同時研究了降水條件下,降水對雷達(dá)信號的散射機(jī)制。在極端的氣象條件下,海表面公里尺度的大氣邊界層渦旋產(chǎn)生的風(fēng)條紋在SAR圖像上非常明顯。因此,臺風(fēng)的風(fēng)向信息可以從SAR圖像中由大氣邊界層渦旋引起的風(fēng)條紋來獲取。在低風(fēng)速區(qū)域,VH極化的信噪比很小,但是VV極化的信噪比很大;在高風(fēng)速區(qū)域,VH極化信號不飽和,VV極化信號飽和。因此,可以同時利用VV和VH極化的SAR圖像來反演風(fēng)向。最終利用局部梯度法(LG)獲得了 25 km空間分辨率的臺風(fēng)風(fēng)向產(chǎn)品。經(jīng)過與浮標(biāo)、GPS-dropsondes、散射計、微波輻射計以及H*Wind的統(tǒng)計驗證表明,風(fēng)向的偏差和均方根誤差分別為17.14°和-4.20°。在反演雙極化SAR臺風(fēng)風(fēng)速方面,同時利用低風(fēng)速以及高風(fēng)速的GMF構(gòu)造代價函數(shù),并把利用局部梯度法獲取的風(fēng)向作為代價函數(shù)的輸入風(fēng)向,通過求解代價函數(shù)最小值獲得雙極化SAR臺風(fēng)風(fēng)速。通過和SFMR觀測得到的風(fēng)速進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),融合的GMF反演的風(fēng)速在低風(fēng)速區(qū)不偏高,高風(fēng)速區(qū)不偏低,均方根誤差為4.1 m/s,偏差為0.9 m/s。因此,本論文實現(xiàn)了直接從SAR圖像獲取海面的風(fēng)場信息,無需外部信息的輸入,減小了誤差,提高了風(fēng)速反演的精度。在反演海面風(fēng)場時,我們發(fā)現(xiàn)降水對雷達(dá)信號的影響非常大。本論文提出了風(fēng)雨耦合微波散射模型,在高風(fēng)速條件下,同時考慮風(fēng)、湍流、波浪破碎以及大氣對雷達(dá)信號的影響。利用SFMR和SAR匹配的數(shù)據(jù),我們驗證了高風(fēng)速區(qū)的風(fēng)雨耦合模型,模擬的結(jié)果和觀測的結(jié)果有很好的一致性,均方根誤差為0.94 dB,偏差為0.01 dB。
【學(xué)位單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P715.7;P732
【部分圖文】：

邐南京信息工程大學(xué)碩士學(xué)位論文邐逡逑達(dá)接收的電磁波信號［１４＿１６］。降水改變風(fēng)場主要是通過由降水產(chǎn)生的下沉氣流，下沉氣流逡逑改變了粗糙度譜并且可能會改變海面的原始風(fēng)場，在風(fēng)場反演時這將引起反演的風(fēng)場的逡逑不確定性甚至錯誤［１７］。逡逑在海面上，如圖（１－１）所示，雨滴撞擊海表面會產(chǎn)生中間凹陷的皇冠狀（Ｃｒｏｗｎ）柱逡逑體，當(dāng)皇冠狀的柱體在垂直方向塌陷時，會形成如（ｂ）秸稈狀（Ｓｔａｌｋｓ）的柱體，秸稈狀逡逑的柱體繼續(xù)塌陷將會產(chǎn)生大量的如（ｃ）向外傳播的環(huán)波（Ｒｉｎｇ－ｗａｖｅｓ）［１８］。逡逑

我們用局部梯度法來估計Ｃ波段熱帶氣旋雙極化ＳＡＲ的風(fēng)向。這種方法計算ＳＡＲ逡逑圖像的局部梯度并且選擇垂直于梯度方向出現(xiàn)頻率最高的方向作為可能的風(fēng)向。我們利逡逑用熱帶氣旋的旋轉(zhuǎn)特性去除１８０°的風(fēng)向模糊。圖２－１是Ｗ極化ＳＡＲ圖像風(fēng)向反演流逡逑程圖，ＶＨ極化ＳＡＲ圖像風(fēng)向反演過程與ＶＶ極化相同。下面，我們將逐步描述風(fēng)向反逡逑演過程。逡逑Ｗ極化圖像逡逑子圖像：Ａ，像兀：５０邋ｍ逡逑１逡逑外圍區(qū)域逡逑子圖像：２５邋ｋｍ逡逑Ｖ邐邐邐／逡逑１逡逑平滑：l:＝逡逑像元：５０邋ｍ逡逑，邋１邐，逡逑重采樣巧次：Ｗ邋＝，逡逑像元：２００邋ｍ逡逑邐，邐ｙ逡逑１邐廣逡逑＾ｍ：邋ａ＂＇邋＝邋ｂ２ａ＂逡逑像元：２００邋ｍ逡逑廣邋Ｉ逡逑ｆ邐計算梯度：邐＇逡逑Ｇ＇邋＝邋（ＤＸ邋＋邋ｉＤｙ）（Ａ＂＇）逡逑＾邐像元：２００邋ｍ邐）逡逑＾邐Ｎ逡逑計算梯度平方：逡逑Ｇ＂邋＝邋ＳＲｉＧ＇２）逡逑，邐像元N４００邋ｍ邐

Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ邋［ｄｅｇ］邐Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ邋［ｄｅｇ］逡逑圖２－３ＷＳＬＧ模的直方圖：（ａ）Ｗ極化，（ｂ）ＶＨ極化。橫坐標(biāo)的方向不代表主梯度的方向或者風(fēng)向，逡逑只是用來尋找主平方梯度。逡逑圖２－３（ａ）和２－３（ｂ）顯示的是圖２中紅色方框里的ＷＳＬＧ模的直方圖。在７２個區(qū)逡逑間里，Ｗ極化的ＷＳＬＧ的值顯然比ＶＨ極化的ＷＳＬＧ的值更容易找到最大值。這說逡逑明，在熱帶氣旋外圍區(qū)域，相比于ＶＨ極化，ＶＶ極化對風(fēng)條紋的信號更敏感，從下面逡逑的個例分析中也可得到此結(jié)論。在圖２－３中，橫坐標(biāo)的方向不代表主梯度的方向或者風(fēng)逡逑向，只是人為設(shè)定的方向以便于尋找主平方梯度。如圖２－３（ａ）所示，ＷＳＬＧ模的最大值逡逑為７１，在取模之前，ＷＳＬＧ為４８．４２－５１．９３ｉ是一個復(fù)數(shù)，所以主平方梯度的方向為１８０°－逡逑ａｒｃｔａｎ（４８．４２／５１．９３）＝１３７°；主梯度為ａ／４８．４２邋－邋５１．９３ｉ＝７．７３－３．３６ｉ，所以主梯度的方向為逡逑１８０°－ａｒｃｔａｎ（７．７３／３．３６）＝１１３。，風(fēng)向為邋１１３。－９０。＝２３。或者邋１１３。＋９０。＝２０３。。逡逑１４逡逑

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本文編號：2832031