用星载微波散射计测量海洋风场的反演方法研究

Seasat-A卫星散射计(SASS)成功地测量了全球海洋上的风矢量场.其技术基础基于微波后向散射对由海表面风产生的海面厘米级波的敏感性.由于后向散射是各向异性的,所以可以从而个或更多的天线方位角的测量中反演出风速、风向由于散射物理模型函数的非线性及信号中噪声的存在,使得风场反演中存在风向多解.本文给出了一种从SASS测量的后向散射强度的数据中反演出大尺度海洋风场的新的方法,计算结果与Petecherych等^[5]利用SASS表面风分析的结果比较在风向上是吻合的,在风速上我们得到的结果更接近于表面真实风速.     

基于混合密度网络的NSCAT散射计海面风场反演

以NSCAT散射计数据为例,介绍了一种神经网络反演海面风场的方法.风速的反演是基于多层感知器网络;多解风向的反演是基于多层感知器网络和混合密度模型组合而成的混合密度网络,其中的核函数采用高斯函数的形式.通过与欧洲中期天气预报模式风场和现场浮标数据对比,证明了该神经网络反演海面风场的有效性.     

星载散射计资料反演带有气旋及锋面的复杂风场

气象预报在确定热带气旋中的大风（风速17．2～20．7m／s）半径时，由于热带海洋地区在恶劣气候下缺乏现场数据，往往过高地估计了大风半径。星载散射计在探测海面上的风矢量的同时，也探测到许多热带气旋。本文利用Seasat－A卫星上的散射计（SASS）资料反演计算海面风暴的风矢量，并利用风速等值线进行风向多解排除，计算结果表明：星载散射计能探测到大风的阈值（17～18m／s），其准确度为2m／s或±10％（取大者）。     

用圆中数滤波器排除卫星散射计风场反演中的风向模糊

由卫星散射计测量得到的归一化雷达截面积σ^0值以及这些σ^0值关联海面风速风向的经验模型函数可以反演海面的风矢量。但是对应一分辨面元上测量的σ^0值并不是唯一的风矢量解与之对应,选择一个风矢量解来表示真风矢量的处理过程就叫模糊排除或称消去伪解。本文引入一种圆中数滤波技术,在由模拟的ERS－1散射计数数据反演风场中,不附加任何其他信息的情况下,圆中数滤波器改进风向模糊排除方法,很好地重现模拟的海面真风矢量。     

中法海洋卫星散射计近海岸海面风场反演研究

中法海洋卫星散射计(CSCAT)使用扇形波束旋转扫描体制,能够以多角度测量同一海面的雷达后向散射系数,并具有空间分辨率较高的特点。这为近海岸海面风场反演提供了新的机遇。本文介绍了CSCAT近海岸海面风场处理的主要流程和关键技术。特别地,在风场反演之前,利用一种矩形窗算术平均的方法将L1B级的高分辨率条带数据组合平均到相应的风矢量单元中,从而实现近海岸风场反演的快速预处理。通过对比CSCAT、欧洲先进散射计(ASCAT)以及美国QuikSCAT的近海岸风场,发现CSCAT风场的质量在离岸40 km以外区域具有良好的一致性,而在离岸40 km以内显著恶化。分析表明,CSCAT近海岸区域风场统计特征恶化的原因可能是由潜在的海冰污染引起的。总体而言,CSCAT的近海岸风场与模式背景风场和浮标风场都具有良好的一致性。     

星载全极化微波散射计仿真与海面风场反演研究

通过建立全极化微波散射计系统仿真模型,探索全极化微波散射计的风场反演方法;通过对比不同仪器测量精度下全极化和同极化微波散射计风场反演结果,分析评价全极化微波散射计系统反演海面风场的性能.全极化微波散射计通过增加测量信息来减少模糊解出现的概率,进一步提升风场反演精度.结果表明全极化微波散射计相比同极化微波散射计具有更好的风场反演性能,对于风向结果的改善较为明显:在仿真实验中,全极化仿真反演的风速误差结果优于同极化10°以上,证明了全极化微波散射计能够提升风场反演性能.该仿真结果对我国后续海洋卫星的研发具有一定的借鉴作用.     

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。     

一种新的海洋风场反演中风向模糊排除方法研究

本文给出了一种从ＳＡＳＳ测量的后向散射强度手数据中反演出大尺度海洋风场的新方法。计算结果与Ｐｅｔｅｈｅｒｙｃｈ等利用ＳＡＳＳ表面风分析的结果比较在风向上是吻合的，在风速上本文所得结果更宇海面赵实风速。上述结果说明本文所采用的多解排除对两波束散射计探测海面风场的反演是成功的。     

散射计风反演算法的数值模拟研究

由于缺乏散射计的σ°资料及相应的海面风数据，本文采用数值模拟方法对反演算法及多解消除步骤进行了初步的研究。结果表明，对于NSCAT散射计的设计参数，采用常用的反演算法进行模拟，约有70％的第一解是真实解。经过平滑处理之后约有95％反演解达到了散射计的设计精度，即风速误差＜2m／s或10％（取大者），风向误差＜20°。     

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.     

Neural network wind retrieval from ERS-1/2 scatterometer data

1IntroductionSatellite observations of the ocean,includingobservation of sea surface wind fields,have tendedto be a perfect technology.Scatterometer is a prima-ry remote sensing sensor,which can get the globalscale information of wind.Other means of remot…     

一种改进的扇形波束旋转扫描散射计海面风矢量反演算法

扇形波束旋转扫描散射计（RFSCAT）是约十年前才被提出来的一种新型星载微波散射计。与其它旋转扫描散射计类似,其星下点附近区域和刈幅边缘区域的风场反演误差相对较大。在本文设定的参数条件下,RFSCAT散射计刈幅边缘区域的风向反演精度相对于轨道中间区域降低了约9°。针对这一问题,本文为RFSCAT散射计提出了一种改进的风矢量反演算法。新算法的主要特征是,根据风向反演偏差直方图,在整个刈幅区域内,对模糊解风向取值区间进行自适应扩展,以获取并保留更多可能风向解。利用模拟的100条轨道的L2A数据,对新算法进行反演验证。实验结果证明,新算法能够有效改善RFSCAT散射计星下点附近区域和轨道刈幅边缘区域的风向反演精度。星下点和刈幅边缘上的风矢量单元的风向反演精度相对于标准的MLE算法分别提高了1.6°和9°。     

HY-2B卫星散射计海面风场产品质量分析 *

星载微波散射计是获取全球海面风场信息的主要手段, HY-2B卫星散射计的成功发射为全球海面风场数据获取的持续性提供了重要保障。本文利用欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)再分析风场数据、热带大气海洋观测计划(Tropical Atmosphere Ocean Array, TAO)和美国国家数据浮标中心(National Data Buoy Center, NDBC)浮标获取的海面风矢量实测数据, 对HY-2B散射计海面风场数据产品的质量进行统计分析。分析表明, HY-2B风场与ECMWF再分析风场对比, 在4~24m·s^-1风速区间内, 风速和风向均方根误差(root mean square error, RMSE)分别为1.58m·s^-1和15.34°; 与位于开阔海域的TAO浮标数据对比, 风速、风向RMSE分别为1.03m·s^-1和14.98°, 可见HY-2B风场能较好地满足业务化应用的精度要求(风速优于2m·s^-1, 风向优于20°)。与主要位于近海海域的NDBC浮标对比, HY-2B风场的风速、风向RMSE分别为1.60m·s^-1和19.14°, 说明HY-2B散射计同时具备了对近海海域风场的良好观测能力。本文还发现HY-2B风场质量会随风速、地面交轨位置等变化, 为用户更好地使用HY-2B风场产品提供参考。     

机载多普勒散射计海风海流联合反演研究

多普勒散射计能够获取海面后向散射系数和多普勒频移,从而实现海面风场和海表流场的同步观测。本文基于机载多普勒散射计的观测数据,对多普勒散射计海面风场和海表流场联合反演模型进行研究,并与风场流场独立反演结果进行对比。结果表明,联合反演的流场精度显著优于独立反演结果;然而以欧洲中期天气预报中心的海面风场为参考时,联合反演风场的精度略低于独立反演结果。这说明多普勒频移信息对海面风场反演的贡献不太显著,但雷达后向散射系数信息（即风场）对流场反演有积极的作用,通过联合反演算法能够更有效地消除海面风场对流场反演的影响。研究结果有助于进一步理解海面风场和海表流场反演时的相互影响,并为星载多普勒散射计的数据处理提供了参考。     

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

ＡｓｔｕｄｙｏｆａｎｅｗｒｅｔｒｉｅｖａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｏｃｅａｎｉｃｗｉｎｄｖｅｃｔｏｒｓｆｉｅｌｄｕｓｉｎｇｓａｔｅｌｌｉｔｅｍｉｃｒｏｗａｖｅｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｅｒＬｉｎＭｉｎｇｓｅｎ,ＳｕｎＹｉｎｇ,Ｚ...     

Construction of surface wind stress fields with high temporal resolution using ERS-1 scatterometer data

Wind stress fields with high temporal resolution over the North Pacific have been constructured by using ERS-1 scatterometer data. A simple objective analysis, a successive correction method, was used to construct the fields. Several necessary parameters used in the method are examined by a simulation based on the climatological data. The meridional decorrelation scale of the wind stress depends strongly on the season, while the zonal decorrelation scale is highly stable. We determined the decorrelation scale depending on the location and the time and applied to the successive correction method. The monthly mean field constructed by averaging the daily mean data is free from an aliasing error, which is a serious problem if a simple monthly averaging is applied. The daily wind stress data obtained in the present study represent small time- and spatial-scale variation and large amplitudes compared with data interpolated from simple monthly mean data. The satellite-derived data are also compared with in situ data obtained by meteorological buoys. The satellite wind speeds are lower than in situ wind speeds for every buoy. This underestimation is not due to the present objective analysis, but due to the original data, the ERS-1 Scatterometer Value-Added Product.