海面風場是作用在海表面的重要動力參數,而微波散射計是目前主要的能夠在較短時間內獲取大面積,高精度,高分辨率全球海洋表面風場數據的星載傳感器�，F有業(yè)務化運行星載微波散射計均采用同極化方式,通過對海面同極化后向散射系數(,)的觀測來反演海面風矢量,其缺點是在進行風場反演時可能產生風向模糊解。全極化微波散射計在同極化散射計的基礎上,增加對海面交叉極化后向散射系數的測量,并計算同極化、交叉極化后向散射系數的相關量——相關散射系數(,)來降低模糊解出現的概率,從而較大地提升海面風場反演精度。全極化散射計已成為未來散射計的重要發(fā)展方向,全極化微波散射計仿真則是載荷研制前重要的研究和論證手段。本論文首先分析了現有同極化微波散射計在風場測量方面的缺陷,探討了星載微波散射計基本原理及相關數學模型,根據星載微波散射計測量原理,選擇輻射測量精度作為散射計系統(tǒng)仿真模型測量精度的度量,研究了全極化微波散射計系統(tǒng)仿真流程。在仿真流程中重點開展了相關散射系數的模擬算法研究,并探討了全極化微波散射計系統(tǒng)所用的風場反演方法。在上述研究工作的基礎上,開展了針對我國新一代HY-2全極化散射計的系統(tǒng)仿真與風場反演分析研究。建立了星載全極化微波散射計系統(tǒng)仿真模型,即在HY2-SCAT散射計原有機制之上,增加對交叉極化散射系數的測量,并利用HY2-SCAT散射計幾何觀測參數,在不同的儀器測量精度、噪聲水平條件下,對比分析同極化和全極化微波散射計系統(tǒng)仿真反演的海面風場結果,評估全極化微波散射計系統(tǒng)反演海面風場的能力。仿真結果表明:全極化微波散射計相比同極化微波散射計具有更好的海表面風場反演性能,表現在中低風速下海面風場的測量精度得到明顯提升,而測量精度的提升又主要體現在海面風向反演結果上。相比同極化仿真結果,全極化風向反演結果能夠提升10°以上,而對風速反演精度的提高并不明顯。
【學位單位】：國家海洋環(huán)境預報中心
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：P715.7
【部分圖文】：

波束同時對海面風矢量單元進行多次觀測ˊ仍可能現在風向上ˇˊ如圖 1.2 所示ˊ刈幅中部風矢量單元式的內外兩波束分別以不同方位角觀測ˊ可得到 4 1.2 解曲線可知ˊ由于 HH VV 極化測量關于方位角仍有模糊解產生ˊ圖中交叉點即為目標函數局部極對于筆形波束掃描體制微波散射計ˊ通常采用內 面后向散射系數ˊ由于波束觀測幾何限制ˊ還存在域風場反演性能下降等問題ˊ需要依靠外部附加風除 學者們通常使用數值天氣模型來提供外部的先矢量解 雖然這些技術被證明可以提升散射計風向夠減少對外部信息的依賴ˊ并解決由模型函數引起

圖 1.2 雙波束同極化散射計風矢量解曲線(刈幅中部)[53波散射計研究現狀人研究表明ˊ全極化微波散射計能夠對粗糙海表面進行全極之前同極化微波散射計更加豐富的海面散射信息ˊ可能對精度有所幫助[23] 全極化微波散射計不僅同樣能夠測量傳極化后向散射系數 ˊ ˊ還增加了對交叉極化后向散射并計算二者的相關量 相關散射系數 , 在風射系數 , 可以提供與同極化散射系數正交互補低風場反演過程中模糊解出現的概率ˊ從而達到提高散射的目的 前人研究表明ˊ同極化后向散射系數 ˊ 和數 ˊ 對風向相對方位角呈偶函數對稱特性[63]ˊ而同散射系數的相關系數 , 則與風向相對方位角呈

圖 1.3 雙波束全極化散射計風矢量解曲線[64]理論上ˊ增加極化散射系數的測量ˊ將有助于任何風速段上風場反演精度高ˊ但是實際上由于普通散射計在低風速段的風場反演誤差較大ˊ因而其精度也有較大的提升空間ˊ而同極化散射計在高風速段已經具有較高的風演精度ˊ所以即使增加了極化散射系數的測量ˊ反演精度的提高也不明顯 截至目前ˊ全極化微波散射計仍處于研制階段 S.H.Yueh 等人于 1994 年示了反射面對稱的隨機表面相關散射系數關于方位向的對稱特性[32] 在較一段時間內ˊ由于技術水平的限制ˊ用于海面風場測量的全極化微波散射能取得長足的發(fā)展ˊ最近幾年ˊ伴隨科技進步以及實驗條件的成熟ˊ全極波散射計重新逐漸為人們所重視 對正交極化與交叉極化相關系數的觀測回到人們研究興趣中ˊ該參量的測量能夠增加對于風矢量反演有利的外部信息
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本文編號：2881760