基于ENVISAT ASAR的长江口南汇潮滩土壤湿度定量研究

土壤湿度是潮滩湿地生态环境的重要参数之一。以长江口南汇潮滩为研究区,利用2005年5月2日和3日2景时序相近、低入射角HH极化的ENVISAT ASAR数据,在数据预处理的基础上,进行了入射角归一化处理,然后采用Zribi-Dechambre模型计算了南汇潮滩土壤粗糙度和土壤湿度。其土壤粗糙度分布范同为0.05～0.8 cm,土壤湿度分布范围为1%～3.8%。最后,采用上海地质调查研究院土壤湿度实测数据进行了验证,其均方根误差为3.62%,表明该方法对合成孔径雷达影像进行土壤湿度信息的提取有较好的适用性。     

基于ENVISAT ASAR数据的龙目海峡海表流场反演

基于2003年5月至10月ENVISAT ASAR宽幅模式（Wide Swath Mode, WSM）数据和2003年11月至2004年5月ENVISAT ASAR单视复数模式（Image Mode SLC, IMS）数据,利用多普勒质心偏移法获取了海面运动引起的多普勒质心异常,通过去除风和Bragg波引起的多普勒频移,最终获得龙目海峡海表径向流速。利用AVISO(Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic Data)流场数据对结果进行了精度验证,并分析了龙目海峡海表流速变化。结果表明：本文反演得到的海表面流速与AVISO流场匹配度较好,其中由WSM数据反演得到的流速与AVISO流场均方根误差为0.28 m/s,IMS数据反演得到的流速与AVISO流速均方根误差为0.37 m/s。在研究区范围内,2003年5月至9月海流流速较大（-2.56～2.51 m/s）,10月流速减小（-0.79～0.72 m/s）,11月至12月流速逐月增大（-1.64～1.25 m/s）,2004年3月流速达到最低值...     

Envisat ASAR海浪谱资料的最优插值同化试验

基于第三代海浪数值模式LAGFD-WAM,分别利用4种不同形式的各向同性背景误差相关函数进行了Envisat高级合成孔径雷达(ASAR)海浪谱资料的最优插值同化试验.与4个浮标实测数据的比较验证表明,ASAR海浪谱资料的最优插值能够有效地改进海浪模式有效波高的模拟.4种不同形式的各向同性背景误差相关函数的同化结果相差不大,决定同化效果好坏的关键是对相关距离尺度的选取.针对自回归形式的背景误差相关函数的试验结果表明,相关距离尺度的量级在400-500km时同化效果最好,此时同化后的模式有效波高均方根误差比未同化时相对减小了26%.     

基于半分析算法的赤潮水体固有光学性质反演

在珠江口海域海洋光学浮标实验期间获取了赤潮生消过程的水体光学数据和相应的生化数据.利用该实验数据开展了准分析算法(quasi-analytical algorithm,QAA)反演赤潮水体固有光学参数的精度检验和模型修正工作.(1)利用遥感反射率和QAA反演主要水色波段(412,443,490,510,560,620和...     

ASAR波模式数据反演参数误差与海浪条纹清晰度的相关性分析

欧洲环境卫星-高级合成孔径雷达(EnvironmentalSatellite-AdvancedSyntheticAperture Radar,Envisat-ASAR)波模式数据提供了全球风、浪要素信息,在海浪模式预报与同化方面有重要作用。该数据合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR)图像普遍存在海浪条纹清晰度不同的现象,但是否影响数据精度尚无定论。本文通过比较2010年NODC (the National Oceanographic Date Center)浮标观测数据和波模式数据,发现经过官方修正后的海浪参数反而具有更大误差。进而通过对比不同条纹清晰度的SAR图像反演参数误差,揭示了ASAR产品海浪参数与浮标测量值之间的误差与海浪条纹清晰度的关系。结果表明:海浪条纹清晰的SAR图像的主波波长和主波周期的反演误差更小,而条纹不清晰SAR图像的有效波高和风速的反演误差更小。通过分析海浪参数对海浪条纹清晰度的敏感性,证实了有效波高和方位向截断波长对SAR图像条纹清晰度的响应最好,波陡次之,与卫星飞行方位角和入射角无关。因此,在反演和修正SAR波模式数据时,考虑图像的条纹清晰度,将会有效提高反演数据的精度。该研究可为高分三号等卫星的波模式数据波浪要素反演精度的提升提供有价值的参考。     

基于改进PSO算法的传感器误差集成校正

为降低搭载于水下移动平台的三轴磁通门传感器受到的平台磁干扰和传感器自身误差（三轴非正交误差、三轴灵敏度不一致误差和零偏误差）的影响,提出了一种基于改进粒子群优化算法的集成校正方法。在分析误差来源的基础上建立了误差校正数学模型,并利用 2 个仿真算例对校正方法的有效性进行了验证。仿真试验结果表明：与传统粒子群优化算法相比,改进算法具有更高的抗噪能力和求解精度;经过校正之后,由传感器自身误差和平台磁干扰引起的测量误差得到了有效压制。     

基于ARGO资料的MTSAT海温产品误差分析

利用全球海洋观测网计划ARGO浮标的表层海温测量值分析了MTSAT卫星的海温反演误差。结果显示,平均绝对误差为0.73℃,均方根误差为0.885℃,满足应用需要;海温反演异常点多分布在30°N以北的高纬区域。为了确保海温产品数据的可靠性,需要通过数据误差控制技术来检测和控制海表温度反演的异常值,影像边缘和高纬地区的区域数据应谨慎使用。     

半分析算法在固有光学特性反演中的性能研究

水色遥感作为目前获取大范围水体固有光学特性的唯一方法,其精度取决于所用的反演算法,而基于辐射传输理论的半分析算法凭借坚实的理论基础和良好的可解释性成为近年的研究重点,但其在不同类别水体中的反演性能未见系统分析。通过选取曼德海峡和马六甲海峡分别作为一类和二类水体的代表水域,并基于OLCI遥感影像数据,使用Kd490作为间接评价参量对GSM、LMI和QAA三类主流半分析算法的反演性能进行了分析研究。结果表明三者一类水体中的反演性能LMI≈QAA>GSM,而在二类水体中GSM>QAA>LMI;在水体适应性方面,以QAA为最佳,GSM和LMI受光谱斜率参数的影响很大。因此,根据水体类型选取合适的半分析算法对于提高水体固有光学特性反演精度是十分必要的。     

大倾角时的声学多普勒测速公式误差分析

国内外在声学多普勒测速误差分析和修正算法方面已作了大量的研究工作.一般认为JANUS配置方式下,多普勒频移公式的简化误差可忽略.文中从理论上对多普勒测速的原理公式的简化过程进行分析,研究了大倾角状态下的测速公式的相对误差,认为在高速、大倾角工况下公式简化误差不可忽略,并提出了修正公式.     

海图空间数据扫描数字化的误差分析

首先介绍了海图空间数据和扫描数字化的概念,然后对海图空间数据扫描数字化误差的来源进行了分析和比较,最后结合具体海图进行了扫描数字化试验,对其中明显地物点的扫描数字化误差进行了均值检验。检验结果表明,扫描数字化数据误差不一定服从正态分布,更多地表现出系统性误差。     

利用一种改进的算法对中国高分三号同极化SAR图像反演的有效波高的验证

Chinese Gaofen-3(GF-3) is the first civilian satellite to carry C-band(5.3 GHz) synthetic aperture radar(SAR).During the period of August 2016 to December 2017, 1 523 GF-3 SAR images acquired in quad-polarization(vertical-vertical(VV), horizontal-horizontal(HH), vertical-horizontal(VH), and horizontal-vertical(HV)) mode were recorded, mostly around China's seas. In our previous study, the root mean square error(RMSE) of significant wave height(SWH) was found to be around 0.58 m when compared with retrieval results from a few GF-3 SAR images in co-polarization(VV and HH) with moored measurements by using an empirical algorithm CSAR_WAVE. We collected a number of sub-scenes from these 1 523 images in the co-polarization channel,which were collocated with wind and SWH data from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF) reanalysis field at a 0.125° grid. Through the collected dataset, an improved empirical wave retrieval algorithm for GF-3 SAR in co-polarization was tuned, herein denoted as CSAR_WAVE2. An additional 92 GF-3 SAR images were implemented in order to validate CSAR_WAVE2 against SWH from altimeter Jason-2, showing an about 0.52 m RMSE of SWH for co-polarization GF-3 SAR. Therefore, we conclude that the proposed empirical algorithm has a good performance for wave retrieval from GF-3 SAR images in co-polarization.     

星载雷达波谱仪反演海浪谱的精度研究

介绍了星载雷达波谱仪的观测原理及误差分析模型,并在Hauser等提出的SWI M(sea wave investigation and monitoring by satellite)的基础上分析了波谱仪反演海浪谱的波长分辨率和角度分辨率。为了减小反演调制谱的波动,在数据处理过程中时域和波数域相邻单元的平均个数分别为10和8个。系统在不同的模式下工作,为了获取20°的角度分辨率,对调制谱平均次数分别取3次(模式1)、7次(模式2)、10次(模式3)。使用解析法和仿真法分析了SWI M工作在模式2时海浪谱观测的能量误差,两种方法的结果一致。对于给定的海浪条件,能量误差小于20%。     

使用参数化初猜测谱算法提取VV极化Sentinel-1 SAR图像的海浪要素并与ECMWF再分析数据以及浮标数据进行验证对比

The purpose is to study the accuracy of ocean wave parameters retrieved from C-band VV-polarization Sentinel-1Synthetic Aperture Radar(SAR) images, including both significant wave height(SWH) and mean wave period(MWP), which are both calculated from a SAR-derived wave spectrum. The wind direction from in situ buoys is used and then the wind speed is retrieved by using a new C-band geophysical model function(GMF) model,denoted as C-SARMOD. Continuously, an algorithm parameterized first-guess spectra method(PFSM) is employed to retrieve the SWH and the MWP by using the SAR-derived wind speed. Forty–five VV-polarization Sentinel-1 SAR images are collected, which cover the in situ buoys around US coastal waters. A total of 52 subscenes are selected from those images. The retrieval results are compared with the measurements from in situ buoys. The comparison performs good for a wind retrieval, showing a 1.6 m/s standard deviation(STD) of the wind speed, while a 0.54 m STD of the SWH and a 2.14 s STD of the MWP are exhibited with an acceptable error.Additional 50 images taken in China's seas were also implemented by using the algorithm PFSM, showing a 0.67 m STD of the SWH and a 2.21 s STD of the MWP compared with European Centre for Medium-range Weather Forecasts(ECMWF) reanalysis grids wave data. The results indicate that the algorithm PFSM works for the wave retrieval from VV-polarization Sentinel-1 SAR image through SAR-derived wind speed by using the new GMF C-SARMOD.     

Polarimetric entropy of the ocean surface with a two-scale scattering model

The relationships among an ocean wave spectrum,a fully polarimetric coherence matrix,and radar parameters are deduced with an electromagnetic wave theory.Furthermore,the relationship between the polarimetric entropy and ocean wave spectrum is established based on the definition of entropy and a twoscale scattering model of the ocean surface.It is the first time that the polarimetric entropy of the ocean surface is presented in theory.Meanwhile,the relationships among the fully polarimetric entropy and the parameters related to radar and ocean are discussed.The study is the basis of further monitoring targets on the ocean surface and deriving oceanic information with the entropy from the ocean surface.The contrast enhancement between human-made targets and the ocean surface with the entropy is presented with quad-pol airborne synthetic aperture radar（AIRSAR） data.     

基于雷达水位计的海浪波高信息提取算法及其精度评价

为了证明雷达水位计波高测量的有效性,基于PY30-1石油平台上的雷达水位计海面高度变化观测数据,开展了雷达水位计海浪波高信息提取算法研究。基于所发展算法提取海浪波高信息,与同一平台上的C波段测波雷达观测数据及平台附近的浮标观测数据进行了比对分析。结果表明,雷达水位计数据提取的海面波高数据与C波段测波雷达及浮标测量数据一致性较好,二者标准偏差分别为0.006和0.008 m,均方根误差(RMS)分别为0.55和0.60 m。波高小于4 m时一致性优于波高大于4 m的一致性,波高大于4 m时水位计提取的波高偏小。因此,雷达水位计可作为波高观测的重要数据源之一。     

HY-2B卫星和模式风速数据随机误差及相关性分析

当利用三配准（Triple Collocation,TC）方法进行误差分析时,系统间随机误差（简称误差）不相关是一个重要前提假设,而在实际应用中不同系统误差常存在相关性,基于最小二乘法扩展配准（Extended Collocation,EC）方法能够在误差相关性存在情况进行误差分析,但对于误差弱相关性情况不能够准确估计误差的标准差。为此本文提出利用3个误差独立系统对第四个系统进行误差估计的方法,同时考虑误差相关性和表征误差,在误差弱相关情况下能更精确估计系统误差的标准差。本文根据HY-2B卫星3个载荷风速观测数据集随机误差相互独立特点,利用扩展三配准（Extended Triple Collocation,ETC）方法计算得到散射计、辐射计和高度计3个载荷风速产品误差的标准差分别为0.600 m/s、0.742 m/s和0.533 m/s;再对ECMWF再分析数据集ERA5的风速产品误差及相关性进行估计,计算出ERA5再分析风速产品随机误差的标准差为0.810 m/s,HY-2B卫星散射计风速产品和ERA5再分析风速产品误差相关性为0.231,HY-2B卫星辐射计风速产品和ERA5再分析风速产品误差相关性为0.105。本文提出利用已知3个误差独立数据集对第四个数据集误差及相关性进行估计的方法,实现了在误差弱相关情况下对系统误差的标准差更为准确的估计,有助于在同化和融合中更好地使用这些数据。     

基于TerraSAR-X卫星数据的内孤立波参数和海表流速信息提取的探索研究

本文利用TerraSAR-X(TSX)卫星于2010年4月22日在南海东沙岛附近海域获取的数据进行海洋内孤立波动力要素和海表流速信息的提取研究。基于TSX数据的后向散射强度信息,利用经验模态分解法得到内孤立波半波宽度,再利用两层模型法和参数化法计算得到内孤立波振幅和相速度。反演结果显示,利用参数化方法得到的振幅(约21～39 m)和两层模型法得到的相速度(约1.07 m/s)与历史实测资料较为一致。进而利用TSX的顺轨干涉数据获取研究海域内的多普勒速度,再分别采用M4S模型法和直接分离法处理,进而提取海表流速。结果显示,两种方法得到的海表流速的全场平均值较为一致,均为1.10 m/s左右。M4S模型法对流速最大值的改变量较大而直接分离法对流速最小值的改变量较大。M4S模型对内孤立波波峰线区域海表流速的修正大于无内孤立波的海域。最后,基于KdV方程计算得到内孤立波引起的表面流的流速约为0.28 m/s,对反演出的海表流速贡献占比23%。     

波谱仪调制功率谱估计算法性能的仿真研究

基于星载波谱仪海浪方向谱探测原理,仿真了不同海况、风速下的海浪波谱仪接收信号,并采用周期图法、Welch法、AR模型法以及最小方差法共4种不同的调制谱估计方法反演出海浪谱,比较各种调制谱估计方法的海浪方向谱反演性能。仿真结果表明:对于一定方位向下的一维海浪谱反演,不同调制谱估计方法反演海浪谱性能优劣没有绝对的顺序。对于二维海浪谱反演,在成长中海浪条件下周期图法反演性能最差,其他3种方法的反演性能没有绝对优劣顺序;对于成熟风浪,最小方差法在积分能量误差、有效波高误差两个指标上的反演性能最好,在主波波向、主波波长误差上,周期图法反演性能最差,其他3种方法没有绝对优劣顺序。在涌浪条件下,AR模型法反演性能优于其他3种方法。在不同海况下,随着波谱仪中心入射角的下降,反演性能会下降。基于这些仿真结果,本文推荐最小方差法作为充分成长海浪的海浪方向谱反演的调制谱估计方法,AR模型法作为涌浪海浪方向谱反演的调制谱估计方法。     

基于合成孔径雷达遥感的北极海冰总形变率分析

基于RADARSAT地球物理处理器系统(RGPS)的北极海冰运动散度、旋度和剪切产品,本文计算了北极海冰总形变率,给出了所有RGPS产品时空覆盖范围的总形变率空间分布和时间平均总形变率大于0.01d-1的概率分布。结果表明:对整个RGPS数据库而言(时间跨度从1996年11月至2008年4月),平均总形变率为0.020 4d-1,总形变率大于0.01d-1的数据样本为总样本的45.89%。总形变率高值主要分布在近岸海域,靠近北极点附近的总形变率相对较小。北极海冰总形变率随季节变化,夏季平均总形变率及总形变率大于0.01d-1发生概率要比冬季大,其中,夏季总形变率大于0.01d-1发生概率为59%,而冬季要比夏季低18%。其可能机制主要是,夏季北极地区温度升高,形成海冰融化-破碎-更易融化-更易破碎的放大效果,导致北极海冰总形变率变大。     

Jason-2高度计电离层GIM误差分析及修正研究

基于Jason-2高度计2015年地球物理数据集(GDR)38个周期太平洋海域的全球电离层图(GIM)电离层校正值和双频校正值的数据,分不同季度和不同纬度区域比较二者的差异,结果表明:GIM值与双频校正值之间存在明显的差异,GIM校正值普遍高于双频校正值,说明GIM高估了电离层路径延迟,GIM校正值与双频校正值的差异与季节和纬度区间有关。用梯度下降法得到GIM值的修正方程,将修正方程应用于2016年Jason-2的全年数据,修正后的GIM值与双频校正值十分接近,在各年份中均具有良好的适用性。在单频高度计不能使用电离层双频校正算法的情况下,可以利用不同季度和不同纬度区域的修正方程对同等高度的高度计GIM值进行修正以达到双频校正值的精度水平。