本文關(guān)鍵詞：泡沫覆蓋海面微波輻射機(jī)理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國科學(xué)院研究生院(海洋研究所)》 2015年

泡沫覆蓋海面微波輻射機(jī)理研究

劉淑波  

【摘要】：海表微波輻射亮溫和散射系數(shù)是海洋表層物理和幾何參量的函數(shù),海洋被動微波遙感主要依據(jù)測量的海面輻射亮溫對海面物理參量進(jìn)行反演,如海表溫度、鹽度、風(fēng)速等。主動遙感采用海面微波后向散射系數(shù)與海面幾何參數(shù)的關(guān)系,反演海面幾何參數(shù),如:波高、波面斜率、風(fēng)速等。然而,在高風(fēng)速情況,由海浪破碎在海面產(chǎn)生的泡沫層能夠改變海面的介電性質(zhì)和海面的幾何結(jié)構(gòu),進(jìn)而影響其散射和輻射特性。本論文主要通過理論和實(shí)驗(yàn)研究海洋泡沫層的海面亮溫增益機(jī)理,目的是在理論和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ街邢坠诘牧翜赜绊?獲得高精度的海面參數(shù)反演模式。論文利用有效介質(zhì)近似理論,將泡沫層視為是由帶海水殼層結(jié)構(gòu)的球形空氣粒子隨機(jī)分布于空氣基質(zhì)中構(gòu)成的一層均勻介質(zhì)。對該種復(fù)合介質(zhì),我們發(fā)展Rayleigh方法,解決了計(jì)算泡沫(含涂層)結(jié)構(gòu)復(fù)合介質(zhì)有效介電常數(shù)的問題,該方法充分考慮了高濃度隨機(jī)分布雜質(zhì)粒子的電場相互作用對復(fù)合物有效物性的影響。為方便計(jì)算,還利用帕德近似方法獲得了1.4GHz泡沫層有效介電常數(shù)的簡易求解公式,進(jìn)一步獲得了泡沫-海水雙層介質(zhì)波近似微波輻射率理論模式。通過瑞利方法計(jì)算結(jié)果與輻射率實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)的比較,發(fā)現(xiàn)兩者在低微波頻率下能夠取得很好的一致。該現(xiàn)象符合有效介質(zhì)理論條件,即微波波長大于雜質(zhì)顆粒尺度。為了更好地探討泡沫層微波輻射機(jī)理,論文對C波段及低溫L波段泡沫覆蓋海面的微波輻射率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。利用測量的泡沫覆蓋海面亮溫,經(jīng)過分析得到了受泡沫參數(shù)影響的微波輻射率資料和輻射率增益結(jié)果。結(jié)合該觀測輻射率資料和代價(jià)函數(shù)方法,確定了泡沫層微波輻射率理論模式,并且利用其討論了泡沫各參量對輻射率的影響。實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果表明:泡沫輻射率對空氣體積分?jǐn)?shù)和泡沫層厚度敏感性較大,遠(yuǎn)大于對溫鹽的敏感性。通過L和C波段的微波輻射率增益結(jié)果,還估算了泡沫層引起的鹽度和溫度反演誤差。在風(fēng)速為10 m/s時(shí),海面白冠覆蓋約為1%,在較低海面溫度(1.5?C),大約引起鹽度誤差(45入射角)0.7-1.0 psu,當(dāng)海面溫度在19?C左右,鹽度誤差約為0.6 psu;常溫下,泡沫層對溫度反演的影響大約為3?C。因此,在海表參量遙感反演研究中泡沫層的影響是今后考慮的重要因素。論文在L波段主被動鹽度遙感模式仿真研究中,利用模擬資料(模式值+高斯噪音)代替觀測資料的方法,分析了遙感儀器設(shè)備精度、海表溫鹽、風(fēng)速、風(fēng)向以及入射角等因素對海表鹽度和風(fēng)速反演結(jié)果的影響。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:1)鹽度和風(fēng)速反演誤差隨入射角的增大而減小;2)順風(fēng)(180?)和逆風(fēng)(0?)情況的反演精度強(qiáng)于側(cè)風(fēng)(90?,270?)情況;3)高溫、高鹽、低風(fēng)速下,鹽度反演誤差較小;4)風(fēng)速反演誤差受風(fēng)速影響很大,風(fēng)速越大,反演誤差越大;5)若要實(shí)現(xiàn)0.2psu的鹽度反演精度,在月平均尺度上,需要設(shè)備亮溫和散射系數(shù)高斯噪音標(biāo)準(zhǔn)差低于0.2K和0.1d B,而在季平均尺度上,需要亮溫和散射系數(shù)噪音標(biāo)準(zhǔn)差低于0.3K和0.2d B。實(shí)際上,真實(shí)海洋在高風(fēng)速下其海表狀態(tài)復(fù)雜多變,物理參量間相互制約,除了海表泡沫層的影響,海表粗糙度、表層流及海氣溫差等都可以改變海面的介電性質(zhì)和輻射特性,這些要素對遙感探測的復(fù)雜影響需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)或遙感數(shù)據(jù)進(jìn)一步深入討論。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(海洋研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P715.7
【目錄】：

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本文編號：164698