卫星高度计反演海面风速——模式函数与应用实例

对迄今为止国际上公开发表的１４ 种卫星高度计反演海面风速的模式函数进行了系统的分析和比较。在此基础上提出了一种“折中”模式函数,用于ＴＯＰＥＸ 资料海面风速反演效果良好。文中对高度计获取的全球海面风速分布特征进行了分析,最后探讨了改善海面风速模式函数反演精度的途径。     

GNSS-R海面风速反演技术研究

利用全球卫星导航系统反射信号技术(GNSS-R)反演海面风速时,得到的双基雷达横截面积由于几何因素的影响不能直接用来反演风速.针对这一问题,对功率校准后的数据进行几何校正,在分析全球卫星导航系统(GNSS)海面反射信号特征的基础上,分析了几何因素对风速反演的影响,对双基雷达横截面积和有效散射区域进行校正,得到相应反射点的反射信号功率;最后对所求得的反射信号参数进行仿真验证.实验结果表明,海面风速反演的均方根误差为2.61 m/s,反演风速与真实风速的相关系数为0.57,校正后的归一化双基雷达横截面积能够有效地反演海面风速.     

高频地波雷达风速反演经验模型

通过分析高频地波雷达所在探测海域内浮标观测的有效波高和风速数据,建立了海面风速与有效波高的经验模型。利用二范数最小方法对该模型的参数进行估计,实验结果表明了该模型的稳定性。将所提模型应用到高频地波雷达OSMAR071数据处理中,6个月数据连续反演结果与浮标给出的风速吻合度高,表明了该风速反演经验模型的有效性。     

基于观测量校正的星载GNSS-R海面风速快速反演方法

快速反演(FDI)算法是一种典型的星载全球卫星导航反射技术(GNSS-R)海面风速反演方法,具有计算复杂度低、快速实时反演的特点,但是FDI算法中的反演观测量提取精度不高,导致风速反演精度低.针对于此,提出基于观测量校正的改进FDI算法,用于实现海面风速的快速高精度反演.该方法首先利用辅助测量信息对观测量进行校正以降低...     

星载成像高度计双侧独立交叉定标方法

为通过数据处理提高SWOT的观测精度,本文采用双侧刈幅独立交叉定标对相位误差和倾角误差复合输入的情况进行误差估计。本文选取横跨经度100°和纬度60°的南太平洋东部地区,以HYCOM数据作为海洋真值,根据AVISO官网提供的SWOT和Jason-2（2016年10月前）轨道参数利用SWOTsimulator进行仿真采样,进行刈幅自交叉和星下点刈幅交叉实验。实验将90%的误差校正到4cm内,近75%的交叉点残差的标准差降到2cm内,较解算前提升一倍,表明在仪器精度较低时,双侧刈幅独立交叉定标的方法能够科学有效估计两种误差的复合输入值,显著降低了误差水平。     

地基GNSS-IR风速反演原理及方法初探

随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite Systems,GNSS)的发展,曾经被认为是误差源的多路径效应,已经被证实可以用来监测水位、雪深、植被指数、土壤湿度等反射面参数,其中的地基分支逐步发展为GNSS干涉遥感(GNSS-interferometry refl ectometry,GNSS-IR)技术.为了扩展GNSS-IR技术的监测对象和应用范围,本文提出了一套地基GNSS-IR风速反演的原理及方法.首先,本文基于信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)振荡原理、散射模型原理、波浪谱原理,从理论上证明了SNR截止高度角参数与风速之间存在一一对应的数学关系,并仿真得到了具体的数学关系.然后,本文使用小波分析方法从实测SNR序列中获取SNR截止高度角,并将同一GPS卫星、每天同一时间内SNR序列的截止高度角进行基准统一,获得截止高度角变化量;根据该变化量反演风速.算例选取香港HKQT站在\"山竹\"和\"天鸽\"台风前后时间的数据进行分析,结果发现:GPS L5信号的截止高度角变化量与实测风速数据对应关系良好,相关性达到70％ ～85％;截止高度角变化量可以刻画风速从低风速逐步抬升至高风速的变化情况;同一站点截止高度角变化量与风速之间存在特定的数学关系;相关结论证实了利用SNR可以估计风速变化.最后,本文讨论了GNSS-IR风速反演技术中下一步的研究方向,以期推进该技术的实际应用进程.     

FY-3B 微波成像仪海表面温度和风速统计反演算法

基于同步的TAO（TropicalAtmosphereOceanproject）浮标实测数据和FY-3B微波成像仪（MWRI）亮温数据,建立了FY-3BMWRI海表面温度SST（SeaSurfaceTemperature）和海面风速SSW（SeaSurfaceWind）统计反演算法,并利用实测数据进行了检验。根据检验结果,FY-3BMWRI全通道亮温的SST反演模型均方根误差为0.81℃,相关系数为0.77;SSW反演模型均方根误差为0.91m/s,相关系数为0.78。     

星载GNSS-R技术反演海面降雨强度及风速和浪高方法研究

星载GNSS-R是一种利用地球表面反射的GNSS信号监测地球物理参数的新兴遥感技术,因其具有时空分辨率高、观测成本低、覆盖范围广和全天候运行等独特优势,已在陆地和海洋遥感领域得到了广泛应用。论文侧重于利用CYGNSS任务收集的星载GNSS-R数据研究海面降雨强度及风速和浪高反演方法,主要研究内容涵盖星载GNSS-R数据质量控制、时延多普勒图(DDM)特征观测值提取、海面降雨检测和强度反演建模、海面风速反演建模、海面浪高反演建模、海面降雨强度及风速和浪高联合反演几个方面。主要研究成果和贡献如下。     

风速风向对SAR浅海水下地形成像影响的仿真研究

基于SAR浅海水下地形成像机理和M4S海面微波成像程序,建立了SAR浅海水下地形成像仿真模型,改进了传统浅海水下地形成像仿真模型的缺陷.通过仿真研究和分析浅海水下地形SAR图像特征实例,对风速风向与浅海水下地形SAR图像特征的关系提出了新的认识.低风速条件下,浅海水下地形SAR海面后向散射强度整体偏暗,高风速下整体偏亮;sAR图像条带亮暗的程度与风速有一定的关系,但不是主要的影响因素.风向对SAR浅海水下地形成像的影响明显,表现为,在逆风和顺风情况下,浅海水下地形SAR海面后向散射强度整体偏亮,SAR图像分别以亮条带和暗条带为主;侧风情况下,整体偏暗,SAR图像条带亮暗相当;最佳探测风向是逆风向.     

高度计测距精度对沿轨迹重力异常反演的影响

应用求解沿轨迹重力异常的垂线偏差法以及求解空间分辨率的交叉谱分析法,建立了高度计测距精度与沿轨迹重力异常反演精度以及空间分辨率的关联性模型。首先依据卫星测高原理,给出了沿轨迹重力异常的误差传播公式,然后以此为基础通过推导交叉谱分析中一致性系数与信噪比的数学表达式,建立了高度计测距精度与空间分辨率的解析关系。数值仿真结果表明:雷达高度计测距精度与沿轨迹重力异常反演精度成正比关系,与空间分辨率成幂函数关系,即高度计测距精度提高m倍,沿轨迹重力异常反演精度提高m倍,全球海域平均空间分辨率提高m0.464 4倍。将数值仿真结果与相关文献中对实际测高数据的处理结果进行比较,验证了理论分析及模型的正确性。     

Diurnal rainfall variability over the Upper Blue Nile Basin: A remote sensing based approach

In this study we aim to assess the diurnal cycle of rainfall across the Upper Blue Nile (UBN) basin using satellite observations from Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM). Seven years (2002–2008) of Precipitation Radar (PR) and TRMM Microwave Imager (TMI) data are used and analyses are based on GIS operations and simple statistical techniques. Observations from PR and TMI reveal that over most parts of the basin area, the rainfall occurrence and conditional mean rain rate are highest between mid- and late-afternoon (15:00–18:00 LST). Exceptions to this are the south-west and south-eastern parts of the basin area and the Lake Tana basin where midnight and early morning maxima are observed. Along the Blue Nile River gorge the rainfall occurrence and the conditional mean rain rate are highest during the night (20:00–23:00 LST). Orographic effects by large scale variation of topography, elevation and the presence of the UBN river gorge were assessed taking two transects across the basin. Along transects from north to south and from east to west results indicate increased rainfall with increase of elevation whereas areas on the windward side of the high mountain ranges receive higher amount of rainfall than areas on the leeward side. As such, mountain ranges and elevation affect the rainfall distribution resulting in rain shadow effect in the north-eastern parts of Choke-mountain and the ridges in the north-east of the basin. Moreover, a direct relation between rainfall occurrence and elevation is observed specifically for 17:00–18:00 LST. Further, results indicate that the rainfall distribution in the deeply incised and wide river gorge is affected with relatively low rainfall occurrence and low mean rainfall rates in the gorge areas. Seasonal mean rainfall depth is highest in the south-west area and central highlands of the basin while areas in the north, north-east and along the Blue Nile gorge receive the least amount of rainfall. Statistical results of this work show that the diurnal cycle of rainfall occurrence from TRMM estimates show significant correlation with the ground observations at 95% confidence level. In the UBN basin, the PR conditional mean rain rate estimates are closer to the ground observations than the TMI. Analysis on mean wet season rainfall amount indicates that PR generally underestimates and TMI overestimates the ground observed rainfall.     

TRMM PR雷达与阜阳雷达降水资料的对比研究

选取了1998年与1999年HUBEX观测资料，将TRMM卫星上的星载降雨雷达PR与阜阳的713数字化天气雷达资料在以下3个方面做了比较：(1)强度场的分布；(2)平均反射率廓线；(3)灵敏度。分析、比较结果可知阜阳雷达在探测灵敏度和水平方向的分辨率要高于PR，但由于波束宽度、衰减和资料转化过程计算误差的原因，其远距离处的观测值与真实值有一定偏差。PR波长短，对衰减敏感，尤其是在垂直方向上经过强衰减后，订正值仍偏小。但由于探测方式的不同PR在水平方向上不存在衰减的问题，且其资料分布均匀，因此提出一种用PR     

TRMM PR雷达与阜阳雷达降水资料的对比研究

选取了1998年与1999年HUBEX观测资料,将TRMM卫星上的星载降雨雷达PR与阜阳的713数字化天气雷达资料在以下3个方面做了比较：(1)强度场的分布;(2)平均反射率廓线;(3)灵敏度。分析、比较结果可知阜阳雷达在探测灵敏度和水平方向的分辨率要高于PR,但由于波束宽度、衰减和资料转化过程计算误差的原因,其远距离处的观测值与真实值有一定偏差。PR波长短,对衰减敏感,尤其是在垂直方向上经过强衰减后,订正值仍偏小。但由于探测方式的不同PR在水平方向上不存在衰减的问题,且其资料分布均匀,因此提出一种用PR资料来订正地基雷达资料的方法用以提高地基雷达探测的精确度。     

地球表层建模研究进展

本文在讨论地球表层概念和地球表层建模定义的基础上,总结分析了地球表面形态表达、地球气候系统模拟、生态系统空间模拟分析和地球表层模拟系统等主要研究进展。分析结果表明,误差问题、多尺度问题、地球表层模拟速度问题和三维实时可视化问题是地球表层建模面临的主要挑战。为了解决这些问题,必须发展和采用诸如以遥感数据为初始场、以地面实测数据为优化控制条件的高精度高速度曲面建模新方法和新思路。     

用高平目标法检定电子经纬仪的水平角测角精度

本文讨论了电子经纬仪水平角测角精度的检定方法 ,并对现有的检定规程和检定规范提出了修改意见     

过黄河渡槽的脉动风荷载模拟

根据脉动风压功率谱与脉动风速功率谱之间的关系,利用风压功率谱密度函数矩阵的分解,通过一组余弦函数的和对过黄河渡槽随机形式的脉动风荷载进行了计算机模拟。     

角锥棱镜有效使用面积的计算

从理论上推导出角锥棱镜的主要光学性质，以及一定形状的棱镜有效面积随口径、入射角大小之间的变化规律，给出反映这种变化规律的图线，对正确使用角锥棱镜具有一定意义。     

卫星遥感中风场对降雨飘移距离的影响及误差校正

首先利用海表面风速与高度的对数关系、风向与高度的关系,推算出高空的风速、风向及相应风力的大小。在此基础上根据降雨的形成高度,假定在海表面10m处风速为10m/s的情况下,得到单位质量为1的雨水在风场影响下的飘移距离在3—100km之间,可以判定这个偏移距离即为在风场影响下卫星观测降雨的误差。利用上述方法对10组TRMM卫星降雨产品数据进行纠正,将纠正前后的TRMM数据与GPCP数据进行对比。结果显示,经过纠正的TRMM数据与GPCP数据更为一致,整体精度提高了12%左右,验证了方法的正确性。