大气对微波散射计回波信号衰减的修正方法研究

为了使微波散射计测得的海面后向散射具有足够的精度，必须考虑大气对微波衰减的影响。大气对微波的衰减可以用微波射计来测定。本文将估算晴空、云和降雨天气下的衰减系，讨论计算海面发射率及用微波辐射计剩余亮温估算散射计工作频率下大气衰减的方法。     

晴朗天气大气对微波的衰减

本文用两套公式，由标准大气的气象要素分别计算了０￣２ｋｍ、２￣６ｋｍ（不含２ｋｍ）、６￣１１ｋｍ（不含６ｋｍ）及０￣１１ｋｍ晴空大气层中氧分子、水汽分子和大气气体分子对微波的衰减。分析了各层大气吸收的特性。结果表明两套公式计算晴空大气衰减都是成熟的。     

我国首次微波散射计机载试验数据分析

微波散射计是目前能有效获得全球海面风场的唯一遥感手段,我国也开展了这方面的研究工作,1999年,我国自行研制的微波散射计原型样机做了首次机载飞行试验。文中介绍了此次试验的基本情况,对试验数据进行了分析并和常规观测资料进行了比对。通过分析和比对,我们得出结论,这台仪器测量海面风向性能是十分出色的,我们提取海面风的算法也是高性能的。但是,由于仪器测量的归一化后向散射系数未作绝对定标,因此,尚不能获得海面风速。     

我国首台天基微波散射计测量海面风场的应用研究

介绍了微波散射计测量海面风场的原理和反演算法,并将此算法应用于我国首台天基微波散射计.获得了我国自主资料的第一幅海面风场图.     

数据库管理系统在微波散射计试验数据处理中的应用

本文运用计算机数据管理系统对１９９２－１９９３年期间的微波散射计海上试验数据进行了处理,为研究海面微波散射特性提供了有价值的结果。     

我国海洋二号卫星微波散射计数据处理软件设计

我国第一颗海洋动力环境(HY-2)卫星于2011年8月16日发射上天,HY-2卫星微波散射计数据处理软件是用于生产海面风场矢量的软件,其作用是输入HY-2卫星经过预处理的散射计数据和辅助数据,进行时间标识、波束定位、几何参数计算、后向散射系数(σo)与辐射测量精度(Kp)系数计算、面元匹配、大气校正、海面风场反演等处理,输出具有固定格式的各级数据产品和/或图像产品。主要介绍该软件的结构设计、数据处理流程、接口设计和设计说明,该设计已经用于业务系统研发,软件处理的产品精度经过与浮标的比较,达到了预期的风速误差小于2 m/s、风向精度小于20°的要求,证明了该设计的正确性。     

海洋二号微波散射计极地海冰识别算法研究

An Antarctic sea ice identification algorithm on the HY-2A scatterometer(HSCAT) employs backscattering coefficient(σ0) and active polarization ratio(APR) for a preliminary sea ice identification.Then standard deviation(STD) filtering and space filtering are carried out.Finally,it is used to identify sea ice.A process uses a σ0,STD threshold and an APR as sea ice indicators.The sea ice identification results are verified using the sea ice distribution data of the ASMR2 released by the National Snow and Ice Data Center as a reference.The results show very good consistence of sea ice development trends,seasonal changes,area distribution,and sea ice edge distribution of the sea ice identification results obtained by this algorithm relative to the ASMR2 sea ice results.The accuracy of a sea ice coverage is 90.8% versus the ASMR2 sea ice results.This indicates that this algorithm is reliable.     

星载微波散射计两种体制的比较

星载微波散射计可以提供全球、全天候、高精度、高分辨率和短周期的海面风场数据。根据雷达天线足印的形状,雷达散射计主要包括扇形波束体制与笔形波束体制两种形式。概述了两种体制微波散射计在设计结构及后期数据处理算法中的优缺点,并对两种不同体制散射计的系统仿真数据进行比较。分析结果表明:对于小型卫星平台,Ku波段的旋转扫描扇形波束散射计比笔形波束圆锥扫描散射计具有更优的风场反演性能。     

基于遗传算法的微波散射计海面风矢量反演研究

针对目前传统反演方法存在的不足和限制,引入遗传算法用于风矢量反演中的目标函数优化.以SeaWinds散射计为例,根据其模型函数和模糊解的基本特征,设计并实现了一套可用于该散射计的海面风矢量反演算法,并利用SeaWinds散射计部分L2A实测数据对该反演算法进行了验证.实验结果表明,通过多代遗传操作,算法能够收敛于几个局部极值点,从而证明该算法能够有效解决数值风矢量的优化搜索问题.     

两种ASCAT 散射计风产品的比较及评估

基于浮标和步进频率微波辐射计(SFMR,Stepped-Frequency Microwave Radiometer)数据对NASA JPL(Jet Propulsion Laboratory)和RSS(Remote Sensing Systems)公司分别发布的已广泛应用于全球海面风场观测的ASCAT(Advanced SCATterometer)散射计风产品进行了比较和分析。结果表明,两者风速在中低风速(15 m/s)时基本一致;高风速(15 m/s)时RSS风速整体高于JPL风速。通过浮标数据对比,风速15 m/s时两者风速精度一致;风速15 m/s时两者风速RMS相当,但JPL和RSS风速分别低估和高估。利用SFMR数据检验表明RSS风速与SFMR风速一致性更好。两者风向精度在低风速(5 m/s)时较低,但随风速增加而提高并趋于稳定。该研究结果对相关科研人员的ASCAT散射计风产品选择具有重要的指导意义。     

Comparison of sea surface wind field measured by HY-2A scatterometer and WindSat in global oceans

In this study, we present a comprehensive comparison of the sea surface wind ?eld measured by scatterometer(Ku-band scatterometer) aboard the Chinese HY-2 A satellite and the full-polarimetric radiometer WindSat aboard the Coriolis satellite. The two datasets cover a four-year period from October2011 to September 2015 in the global oceans. For the sea surface wind speed, the statistical comparison indicates good agreement between the HY-2 A scatterometer and WindSat with a bias of nearly 0 m/s and a root mean square error(RMSE) of 1.13 m/s. For the sea surface wind direction, a bias of 1.41° and an RMSE of 20.39° were achieved after excluding the data collocated with opposing directions. Furthermore,discrepancies in sea surface wind speed measured by the two sensors in the global oceans were investigated.It is found that the larger dif ferences mainly appear in the westerlies in the both hemispheres. Both the bias and RMSE show latitude dependence, i.e., they have signi?cant latitudinal ?uctuations.     

A study of a new retrieval algorithm for measurement of oceanic windvectors field using satellite microwave scatterometer

ＡｓｔｕｄｙｏｆａｎｅｗｒｅｔｒｉｅｖａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｏｃｅａｎｉｃｗｉｎｄｖｅｃｔｏｒｓｆｉｅｌｄｕｓｉｎｇｓａｔｅｌｌｉｔｅｍｉｃｒｏｗａｖｅｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｅｒＬｉｎＭｉｎｇｓｅｎ,ＳｕｎＹｉｎｇ,Ｚ...     

中法海洋卫星微波散射计风场反演残差特性研究

2018年10月发射的中法海洋卫星散射计(CSCAT)是国际上首个扇形波束旋转扫描微波散射计。本文以最大似然估计风场反演算法为基线,详细分析了中法海洋卫星微波散射计海面风场反演代价函数的残差特性,重点研究了新的观测几何对风场反演残差以及风场质量的影响,并建立了风场模糊解的似然概率模型函数。结果表明,CSCAT风场反演的残差特性随风矢量单元在刈幅交轨方向位置的变化而变化,模糊解似然概率模型函数的指数分布在−0.4～−1.8之间。分析结果为CSCAT风场质量控制和二维变分分析去模糊算法的精细化调整提供了重要的参考。     

A study on retrieval algorithms in oceanic passive microwave remote sensing using 1.4 GHz and 10.7 GHz bands

To retrieve sea-surface salinity (SSS) from radiometer data at 1.4 GHz, auxiliary data of sea-surface temperature (SST), surface roughness and meteorological variables are needed. The authors study oceanic passive polarimetric microwave remote sensing using 1.4 GHz and 10.7 GHz bands. A set of algorithms are developed for 1.4 GHz and 10.7 GHz microwave polarimetric radiometer at 50° incidence angle to retrieve wind vector, as well as other geophysical parameters, such as SSS, SST, atmospheric volumes of water vapor and liquid water. Idealized retrievals are conducted using 2324 simulated brightness temperatures of full Stokes parameters at 1.4 GHz and 10.7 GHz. Results indicate that SSS, SST, sea-surface wind speed, direction, atmospheric volumes of water vapor and liquid water can be inversed at the same time. This suggests an alternative way for SSS remote sensing.     

基于HY-2A微波散射计海面风场资料的台风风剖面信息提取研究

台风风剖面信息是直观反映与台风中心不同距离的各点与平均风速关系的曲线,它是确定各级台风风圈范围的重要基础。本文利用HY-2A微波散射计海面风场资料,结合Holland风场模型提出了一种新的台风风剖面信息提取方法,并选取2012–2017年期间16期典型台风进行应用。结果表明:34 kt与50 kt风圈半径的平均均方根误差为37.6 km与18.3 km,该方法具有较好的适用性和精度。本研究对于描述台风结构特征及潜在的破坏力和台风可能的影响范围具有一定的现实意义。     

基于微波散射计观测的气候态海面风场和风应力场

收集了星载微波散射计NSCAT,QuikSCAT和SeaWinds on ADOES-II的全球海面风速和方向L2B数据,数据涉及的时间序列长度为11.5 a。通过对所收集数据的质量控制、Loess低通空间滤波和统计处理,构建了气候态的逐月全球海面风场、风应力场和风应力旋度场(简称为SCAT),其空间网格间距为0.25°×0.25°。SCAT资料与其他有关资料相比,包含了更丰富的海面风场中小尺度空间变化的信息,可广泛应用于海洋、气候、海气相互作用等方面的研究,特别适合应用于海洋中小尺度过程的研究。作为我国"海洋二号"("HY-2")卫星预研项目的成果之一,SCAT资料将由国家海洋局国家卫星海洋应用中心提供给有关用户。     

小尺度海底沉积物的声衰减特性研究

为研究小尺度海底沉积物样品的声衰减特性,作者提出了用声学探针测量海底沉积物声波幅值的新方法,对沉积物样品扰动小,两个测量点的距离可小于波长,为海底沉积物微观声衰减测量提供了新手段。作者用小于波长的间隔逐点测量了沉积物的压缩波幅值,数据分析表明沿沉积物柱状样全长的声衰减满足指数衰减模型。目前主要用同轴差距衰减测量法获得海底沉积物声衰减数据,但该方法不能辨识声衰减模型,因此不同海区的测量结果难以建立联系。对此作者又提出用声吸收系数反演的幅值比与声衰减系数反演的R值(两种幅值比的比值)作评价依据,分析了垂直轴差距衰减测量法获得的南海海底沉积物声衰减测量数据,发现部分沉积物样品声衰减的R值远大于1,其声衰减不满足指数衰减模型。在声衰减满足指数衰减模型的条件下,用Hamilton的声衰减和频率经验公式预报的南海沉积物声衰减比与作者用声学探针测量海底沉积物所得的声衰减比对比,通过对R值分析得出Hamilton的声衰减和频率经验公式可以预报南海沉积物声衰减比的范围。作者提出的声学探针测量海底沉积物声衰减的方法的优点是既能获得声衰减数据又能辨识声衰减模型,不同海区测量的沉积物声衰减比可用R值建立联系。