海浪成长状态对TOPEX/Poseidon高度计风速反演的影响

以墨西哥湾同步高度计、浮标资料为例,研究了海浪成长状态对高度计风速反演的影响。同步的高度计风速和浮标风速比较显示,在墨西哥湾地区,海浪成长状态对高度计风速反演有较大影响。在考虑海浪成长状态影响的条件下,利用谱模型反演高度计风速,取得了较好的效果。与目前TOPEX/Poseidon高度计风速反演业务化算法相比,在海浪未充分成长条件下,考虑海浪成长状态影响后,根据谱模型反演获得的风速与浮标风速之间的均方根误差减小了30%,平均误差减小了83%。在利用谱模型算法反演高度计风速时,谱模型中的波龄因子(表示海浪成长状态)可以根据高度计测得的有效波高和风速获得,因此该方法具有广泛的适用性。     

一种改进的高度计风速反演模式函数研究

本文利用角动量模式计算获得高风速资料,并通过气象观测站实测资料验证了风速资料的准确性,并将所得风速应用于Jason-1高度计风速反演模式函数研究,得到了一个新的风速反演模式函数。研究结果表明,本文提出的模式函数能更好地反映台风经过时海表面风速情况,实现了高度计对高风速(10~40 m/s)的反演,可作为Jason-1高度计风速反演业务化算法在高风速情况下的补充,以提高高度计风速反演精度。     

Vandemark-Chapron算法与Young算法联合反演Jason-1雷达高度计海面风速方法研究

针对现行业务运行的宙达高度计风速反演算法从考虑0～20 m/s的缺陷,提出了vc算法(Vandemark-Chapron Algorithm)与Young算法联合反演高度计海曲风速的方法,通过对Jason-1资料的统计试验,确定了后向散射截面临界点,当高度计后向散射截面大于等于该临界点时采用VC算法反演风速,反之采用Y...     

高度计风速反演算法比较及波浪周期反演初探

利用浮标实测数据和TOPEX/Poseidon高度计资料的时空配准数据,对迄今为止已提出的有代表性的7种卫星高度计海面风速反演模式函数进行了分析比较,指出考虑波浪状态影响的解析算法在均方根误差和对称性方面的优越性,讨论了目前在波浪周期反演方面存在的问题以及可能的解决途径.     

基于雷达高度计增益自动控制数据的风速反演算法研究

基于Jason-1卫星雷达高度计与NDBC(National Data Buoy Center)浮标的时空匹配数据集,利用BP(Back Propagation)神经网络方法建立了基于后向散射系数σ₀与有效波高(Significant Wave Height,SWH,)的双参数(σ₀-H_sw)风速反演模型,并探讨利用AGC(Automatic Gain Control)来代替σ₀对风速反演的可行性进行研究。结果表明,所建立的σ₀-SWH风速反演均方根优于0.3 m/s(风速范围为0.5~20 m/s); AGC-SWH模型反演精度偏低(1.3 m/s),但在星星交叉定标的基础上,模型精度提高了0.9 m/s。这个研究工作尤其是交叉定标基础上的AGC-SWH模型反演流程对"HY-2"海面风速反演有一定的借鉴意义。     

基于最大似然估计的雷达高度计海面参数联合反演

对合成孔径雷达高度计的参数反演问题进行了研究。根据合成孔径雷达高度计的海面回波模型,推导了利用最大似然估计反演海面参数的算法流程,并确定了联合反演时海面参数的估计顺序,然后在给定的仿真参数下对海面参数的反演流程进行了仿真。仿真得到的参数估计值满足指标要求,显示了算法的良好性能。分析结果对雷达高度计的系统设计和挂飞试验都有一定的参考意义。     

HY-2B卫星载荷联合观测海面阵风的一种反演方法

国内外对海上阵风的研究并不多,且大多集中在阵风预报和应用研究方面,对于海洋阵风数据的获取技术未见文献系统论述。本文利用HY-2B卫星雷达高度计观测的后向散射系数,结合校正微波辐射计观测的亮度温度信息,提出联合反演阵风风速的方法。两个遥感载荷联合反演得到的阵风风速与2019–2021年美国国家浮标数据中心（NDBC）浮标数据进行真实性检验,结果显示：阵风风速均方根误差（RMSE）为0.98 m/s,相关系数为0.82;基于本方法利用国外同类卫星Jason-3得到的阵风风速与2016–2018年NDBC浮标数据的RMSE为0.96 m/s,相关系数为0.88。本文在HY-2B卫星雷达高度计海面风速观测的基础上,纳入同一卫星平台校正微波辐射计的同步观测信息联合实现了海面阵风的观测,数据的比对结果证明文中方法具有较高的观测精度。同时,该方法对于具有相同观测体制的国内外卫星也适用。     

星载海洋高度计海面回波信号的统计特性分析

论文首先从理论上简要阐述了星载海洋高度计海面回波的散射机理和回波信号后向散射模型;其后,利用Matlab数学工具,通过对我国＂神州四号＂飞船下传的大量高度计观测数据进行IQ采样数据提取、数据处理以及统计分析,进行了星载海洋高度计海面回波信号的统计特性分析与研究.     

复合雷达后向散射模型与合成孔径雷达、散射计和高度计海面雷达后向散射观测的比较分析

海洋微波散射模型相比于以经验统计建立的地球物理模式函数具有不受特定微波频率限制的优势。组合布拉格散射模型和几何光学模型形成了复合雷达后向散射模型。利用南海北部气象浮标2014年海面风速风向实测值作为散射模型输入,分别比较了复合雷达后向散射模型与RADARSAT-2卫星C波段SAR、HY-2A卫星Ku波段微波散射计的海面后向散射系数,偏差分别为(?0.22±1.88) dB (SAR)、(0.33±2.71) dB (散射计VV极化）和(?1.35±2.88) dB (散射计HH极化);以美国浮标数据中心(NDBC)浮标2011年10月1日至2014年9月30日共3年的海面风速、风向实测值作为散射模型输入,分别比较了复合雷达后向散射模型与Jason-2、HY-2A卫星Ku波段高度计海面后向散射系数,偏差分别为(1.01±1.15) dB和(1.12±1.29) dB。中等入射角和垂直入射下的卫星传感器后向散射系数观测值与复合雷达后向散射模型模拟值比较,具有不同的偏差,但具有相同的海面风速检验精度,均方根误差小于1.71 m/s。结果表明,复合雷达后向散射模型可模拟计算星载SAR、散射计和高度计观测条件下的海面雷达后向散射系数,且与CMOD5、NSCAT-2、高度计业务化海面风速反演的地球物理模式函数的计算结果具有一致性;复合雷达后向散射模型可用于微波遥感器的定标与检验、海面雷达后向散射的模拟。     

基于X波段海洋雷达的风浪联合反演方法研究

提出了一种新的利用X波段海洋雷达联合反演海面风速与海浪谱的方法,该方法不需要额外的信息输入来反演海浪谱。通过利用风速与雷达后向散射强度的经验关系获得海表风速,然后将反演的风速输入风浪谱,通过求解该模拟风浪谱与雷达观测图像谱的约束函数的最小值来确定海浪谱。利用实验数据对反演方法进行了验证,风速、有效波高、主波周期以及主波波向反演的均方根误差分别为1.9 m/s,0.4 m,1.2 s和9.6°,证明了该方法的可行性。     

基于HY-2 卫星观测分析南海风浪关系

海面有效波高(H1/3)是表征海浪的重要参数,随着卫星遥感技术的发展,雷达高度计已成为获取海面有效波高的重要手段,但也只能对卫星星下点轨迹处进行有效观测,远无法满足大范围应用的需求.本研究结合2013年10月HY-2雷达高度计观测的海面有效波高和微波散射计观测的海面风场资料,分别对高、低风速下风浪数据进行拟合,建立了适用于0~40 m/s风速范围内的南海海域风浪关系模型,经模型比对和结果验证,结果表明,基于HY-2卫星数据分析建立的南海海域风浪关系模型是可信的,特别是低风速的风浪模型与实测数据建立的风浪模型具有很好的一致性;根据建立的风浪关系模型,从卫星散射计大面观测的海面风场出发,能推算出风浪条件下海面有效波高的大面信息,数据覆盖远高于卫星高度计的星下点观测,能为分析和预报海浪、风暴潮灾害提供大范围的海面有效波高信息.     

The wind-speed measurement capability of spaceborne radar altimeters

This study represents an attempt to quantitatively assess the capability of a spaceborne radar altimeter to infer ocean surface wind speeds from a measurement of the backscattered power at vertical incidence. The study uses data acquired during 184 near overflights of NOAA data buoys with the GEOS-3 satellite radar altimeter and encompasses a wind-speed range from less than 1 to 18 m/s. An algorithm is derived from the data comparison for converting measurements of the normalized scattering cross section of the ocean surface at 13.9 GHz into estimates of the surface wind speed at the standard anemometer height of 10 m. The algorithm is straightforward and potentially useful for on-board processing of raw altimeter data for the purpose of providing real-time estimates of surface wind speed. For winds in the range of 1 to 18 m/s, the mean difference between the altimeter-inferred winds and the buoy measurements is negligible while the standard deviation of the difference is 1.74 m/s.     

A Spectral Approach for Determining Altimeter Wind Speed Model Functions

We propose a new analytical algorithm for the estimation of wind speeds from altimeter data using the mean square slope of the ocean surface, which is obtained by integration of a widely accepted wind-wave spectrum including the gravity-capillary wave range. It indicates that the normalized radar cross section depends not only on the wind speed but also on the wave age. The wave state effect on the altimeter radar return becomes remarkable with increasing wind speed and cannot be neglected at high wind speeds. A relationship between wave age and nondimensional wave height based on buoy observational data is applied to compute the wave age using the significant wave height of ocean waves, which could be simultaneously obtained from altimeter data. Comparison with actual data shows that this new algorithm produces more reliable wind speeds than do empirical algorithms. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

利用TOPEX卫星高度计资料分析台湾岛周边海域巨浪和大风特征

卫星高度计实现了对全球性或区域性的海洋参量的实时监测,TOPEX卫星高度计提供了迄今为止时间序列最长、数据质量最高的全球海面风速和有效波高的同步观测资料。利用TOPEX卫星高度计资料,分析了有效波高4m以上的巨浪在台湾岛周边海域的时空分布特征,结果表明台湾岛周边海域巨浪的分布具有明显的季节特征。每年平均有效波高最大值大多数出现在夏季,春季是1a中有效波高最小的季节,而秋季和冬季是巨浪出现频率最高的季节。波高大于6m的巨浪大都出现在台湾岛东部及东北部海域,在南部海域出现较少。     

Wind speed inversion and in-orbit assessment of the imaging altimeter on Tiangong-2 space station

Imaging altimeter (IALT) is a new type of radar altimeter system. In contrast to the conventional nadir-looking altimeters, such as HY-2A altimeter, Jason-1/2, and TOPEX/Poseidon, IALT observes the earth surface at low incident angles (2.5°–8°), so its swath is much wider and its spatial resolution is much higher than the previous altimeters. This paper presents a wind speed inversion method for the recently launched IALT onboard Tiangong-2 space station. Since the current calibration results of IALT do not agree well with the well-known wind geophysical model function at low incidence angles, a neural network is used to retrieve the ocean surface wind speed in this study. The wind speed inversion accuracy is evaluated by comparing with the ECMWF reanalysis wind speed, buoy wind speed, and in-situ ship measurements. The results show that the retrieved wind speed bias is about –0.21 m/s, and the root-mean-square (RMS) error is about 1.85 m/s. The wind speed accuracy of IALT meets the performance requirement.     

HY-2卫星雷达高度计时标偏差估算

卫星雷达高度计是海洋遥感监测的重要传感器之一,测高系统和定轨系统是高度计重要的组成部分。若两系统使用不同的系统时钟,则获得的轨道高度和卫星测距值之间可能会存在一个时标偏差,该时标偏差会降低卫星雷达高度计的海面高度测量精度。针对HY-2卫星雷达高度计的时标偏差问题,本文分析了时标偏差对测高精度的影响,介绍了一种使用自交叉点数据估算时标偏差值的方法,并基于HY-2卫星雷达高度计第21个周期数据开展了时标偏差修正实验。时标偏差修正后HY-2自交叉点的海面高度差值(也称"不符值")分布收敛程度有了明显的提高,其RMS均方根值从24.7 cm减小到了7.0 cm,HY-2与Jason-2互交叉点的不符值的RMS也从16.6 cm减小到了7.3 cm。这表明本文介绍的时标偏差修正方法可有效地提高HY-2卫星雷达高度计的测高精度。