粗糙海面L 和C 双波段的代价函数多参量遥感反演分析

利用代价函数(cost function)方法,通过分析粗糙海面L和C双波段多极化遥感亮温对海表盐度、温度、风速和有效波高等参数的敏感性以及L和C双波段多极化的代价函数收敛特性,建立了反演海表盐度、温度、风速和有效波高等多参数的L和C双波段多极化代价函数模式。双波段遥感模式分析结果表明:(1)对于双参数的联合反演,L和C双波段垂直极化代价函数联合反演海表盐度和温度可以获得较好的反演结果。(2)L波段垂直极化和C波段水平极化代价函数联合反演海表盐度和风速较好。(3)对于三参数联合反演,L波段垂直极化和C波段的双极化联合反演盐度、温度和风速的精度较高。(4)L波段亮温对有效波高的敏感性较低(C波段经验模式不含有效波高),使得有效波高反演误差较大,L和C波段经验模式不适合反演有效波高参数。另外,为了定量分析L和C双波段代价函数的多参量遥感反演结果,采用加性噪音模拟亮温方法,对上述L和C双波段多极化模式的盐度、温度和风速等多参数联合反演误差进行了分析,均得出较好的结果。结论表明L和C双波段代价函数联合反演多参量可以明显提高参量反演精度,为粗糙海表面多参量的反演提供了新的方法和途径。     

基于Argo浮标数据的Aquarius数据产品质量评估

Aquarius/SAC-D卫星于2010年6月发射,极大地增强了人类观测海表盐度的能力,因而对理解全球水循环具有重要意义。利用Argo盐度现场观测资料对2014年全球的Aquarius L2产品进行了分析与讨论,结果表明:Aquarius数据盐度值总体偏差为正,但是由于降水和反演法的不完美偏差使得热带海域偏差为负;三大洋中,太平洋盐度反演最为精确,3个波束(beam)中,beam 1反演最准确。另外,还用BP神经网络对Aquarius L2产品的误差进行校正,使均方根误差由0.507减小到0.298。     

极化X波段雷达海面溢油微波散射模型研究

为研究溢油对海面电磁散射的影响,作者根据海面复合微波散射模型理论和蒙特卡洛统计模型理论,通过引入单分子油膜的黏性阻尼,对粗糙的溢油海面进行建模,定量分析溢油对海浪谱和海面后向散射系数值两个方面的影响。为实现基于X波段雷达海面溢油检测提供理论支撑,有助于解决溢油检测中的虚警率高的问题。     

降雨导致的海面粗糙度对Aquarius卫星盐度反演的影响研究

Rainfall has two significant effects on the sea surface, including salinity decreasing and surface becoming rougher,which have further influence on L-band sea surface emissivity. Investigations using the Aquarius and TRMM 3B42 matchup dataset indicate that the retrieved sea surface salinity(SSS) is underestimated by the present Aquarius algorithm compared to numerical model outputs, especially in cases of a high rain rate. For example, the bias between satellite-observed SSS and numerical model SSS is approximately 2 when the rain rate is 25 mm/h. The bias can be eliminated by accounting for rain-induced roughness, which is usually modeled by rain-generated ring-wave spectrum. The rain spectrum will be input into the Small Slope Approximation(SSA) model for the simulation of sea surface emissivity influenced by rain. The comparison with theoretical model indicated that the empirical model of rain spectrumis more suitable to be used in the simulation. Further, the coefficients of the rain spectrum are modified by fitting the simulations with the observations of the 2–year Aquarius and TRMM matchup dataset. The calculations confirm that the sea surface emissivity increases with the wind speed and rain rate. The increase induced by the rain rate is rapid in the case of low rain rate and low wind speed. Finally, a modified model of sea surface emissivity including the rain spectrum is proposed and validated by using the matchup dataset in May 2014. Compared with observations, the bias of the rain-induced sea surface emissivity simulated by the modified modelis approximately 1e–4, and the RMSE is slightly larger than 1e–3. With using more matchup data, thebias between model retrieved sea surface salinities and observationsmay be further corrected,and the RMSE may be reduced to less than 1 in the cases of low rain rate and low wind speed.     

基于Argo浮标数据的星载微波辐射计Aquarius数据产品质量评估

Aquarius是专门用于海洋盐度监测的L波段辐射计,于2011年6月发射入轨,目前已进入业务化运行阶段。本文以太平洋为研究区域,利用Argo盐度现场数据对星载微波辐射计Aquarius的2012年2级数据产品质量进行了分析与讨论,结果表明:与Argo数据比较,Aquarius数据盐度存在0.1的负偏差,标准差约为0.7,升轨和降轨数据差异不明显;受亮温陆地污染和无线电射频干扰的影响,近岸海域反演误差较大;海面温度较高的低纬海域反演结果优于中纬度海域;受亮温敏感性及粗糙海面发射率模型的影响,Aquarius在低温水域以及高风速条件下盐度反演误差较大,标准差可达1以上。     

基于Aquarius 卫星数据的孟加拉湾海表盐度分析

海洋表面盐度(Sea Surface Salinity,SSS)是海洋的重要物理和化学参量,SSS的时空分布与全球大洋环流和水汽循环密切相关。本文基于美国国家航空航天局(NASA)发射的Aquarius卫星3 a的SSS遥感数据,给出了孟加拉湾及其附近海域海表盐度的空间分布特征,并重点分析了影响孟加拉湾海表盐度变化的可能因素。研究结果从一个侧面说明了利用Aquarius卫星遥感观测海洋大尺度盐度变化的可行性。     

荧光法遥感海面叶绿素浓度的波段选择研究

本文从荧光波段范围内的大气效应出发,提出了可能应用于荧光法遥感海面叶绿素浓度的波段。并且用同一高度的航空遥感资料建立了荧光线高度值随波段中心位置和带宽变化的定量线性模式。其次,通过对不同度的航空遥感资料分析,提出了最佳波段选择的判别式。最后得到了两组最佳波段,基本上能满足遥感海面叶绿素α(文中简称叶绿素浓度)的使用要求。     

基于X波段雷达海面波高估计的改进方法

船用X波段导航雷达凹波形成的海杂波图像中包含丰富的海浪、海表层流信息.借鉴合成孔径雷达(SAR)估计有效波高的方法,假设有效波高与雷达回波强度信噪比的平方根成线性关系,可由X波段雷达图像估计得到海浪的有效波高.用此方法主要分析小麦岛海域实验数据,结果显示,直流滤波后计算的信噪比估计的有效波高比不进行直流滤波结果符合得好;而按波浪浮标测得有效波高数据的高低,分两段分别进行线性拟合获取校准系数,估测的有效波高更加准确.     

破波与海面粗糙长度的关系

通过对实验室风浪的测量,找出了波面跳跃高度(?)_h与水面粗糙长度z_0的经验关系,从而经验地揭示了z_0的物理和几何意义。又利用z_0与(?)_h的经验关系,将海面上风廓线对数律改写为更具有实用意义的形式。     

强风条件下海面拖曳系数和粗糙长度研究

进一步研究强风条件下海-气湍流动量交换以及海浪特征,有助于提高数值天气模式对台风强度演变、移动路径以及恶劣海况的预报能力。依照前人的方法将台风分为风向与浪向(1)相同,(2)相反,和(3)交叉3个扇形区,并结合台风路径数据,得到了浮标数据相对于台风的方位。分别对3种类型的浮标数据进行分析,进而发现了波浪高度和相速度随风速增加而变化的规律。并利用GWW参数化方案计算出摩擦速度(u_*)、拖曳系数(C_DN)和粗糙长度(z₀)。将这些结果与前人代表性的研究论文中所用观测数据和所得研究结论进行比较,结果表明二者有较强的一致性。该研究证明GWW参数化方案在强风条件下依然有很好的适用性。     

X波段雷达海面回波谱宽特征研究

海面电磁回波频谱宽度与海浪波高密切相关,可应用频谱宽度进行海浪有效波高反演。本文应用线性滤波法仿真出了海表散射面元在雷达视向上的投影速度,建立了回波谱宽模型,分析了雷达空间分辨率、回波时间序列长度及海洋环境参数等因素对频谱宽度的影响,同时还针对如何在实际观测过程中选择回波时间序列长度、观测方位角等参数进行了讨论。最后还将理论结果与CSIR-X波段雷达实测数据谱宽估计结果进行了比较。结果表明,剔除雷达噪声以及频率泄露的影响后,基于高斯分布标准偏差的谱宽估计方法所得结果与理论结果吻合很好,这从而证明了理论结果的可靠性。本文所得结果对海浪有效波高反演具有一定参考价值。     

基于一维综合孔径微波辐射计的海面温度反演研究

Due to the low spatial resolution of sea surface temperature(T_S) retrieval by real aperture microwave radiometers,in this study, an iterative retrieval method that minimizes the differences between brightness temperature(T_B)measured and modeled was used to retrieve sea surface temperature with a one-dimensional synthetic aperture microwave radiometer, temporarily named 1 D-SAMR. Regarding the configuration of the radiometer, an angular resolution of 0.43° was reached by theoretical calculation. Experiments on sea surface temperature retrieval were carried out with ideal parameters; the results show that the main factors affecting the retrieval accuracy of sea surface temperature are the accuracy of radiometer calibration and the precision of auxiliary geophysical parameters. In the case of no auxiliary parameter errors, the greatest error in retrieved sea surface temperature is obtained at low T_S scene(i.e., 0.710 6 K for the incidence angle of 35° under the radiometer calibration accuracy of0.5 K). While errors on auxiliary parameters are assumed to follow a Gaussian distribution, the greatest error on retrieved sea surface temperature was 1.330 5 K at an incidence angle of 65° in poorly known sea surface wind speed(W)(the error on W of 1.0 m/s) over high W scene, for the radiometer calibration accuracy of 0.5 K.     

X波段航海雷达资料反演海面风场进展研究

对X波段航海雷达资料反演海面风场的研究进展作一综述。首先介绍了X波段航海雷达资料反演海面风场的基本原理;然后对基于梯度算法的风向反演、基于神经网络算法的风速反演和基于光流法的风矢量反演进行了全面叙述;最后对未来研究前景进行了展望。     

一种基于海面光谱数据的海水遥感反射率模型参数优化方法

在吸收前人关于水色要素固有光学性质研究成果的基础上,给出了海水遥感反射率模型,提出了一种海水遥感反射率模型参数的优化方法,并以渤海辽东湾鲅鱼圈围隔实验获取的数据为例,探讨了模型参数优化结果的合理性.     

基于AMSR2微波辐射计的近海面气温反演算法研究

基于多元线性回归方法,利用2013-01-06的AMSR2辐射计亮温数据和红外-微波融合SST数据产品,开展了近海面气温反演算法研究,并用TAO,RAMA和PIRATA等浮标实测数据对近海面气温的反演结果进行检验。近海面气温反演结果误差情况:均方根误差为0.66℃,偏差为0.02℃,相关系数R为0.91,该误差结果表明所建立近海面气温反演算法较好的反映在60°S~60°N纬度范围内的近海面气温分布情况;同时为进一步确定不同纬度近海面气温反演的误差分布,将近海面气温反演结果与ECMWF再分析数据进行了对比分析,结果表明,从赤道起算,纬度每升高或降低1°,反演均方根误差约增大0.1℃。     

X波段雷达在海面动力环境监测中的应用研究

论述了X波段雷达在海面动力环境监测中的应用.利用X波段雷达提供的有效数据对海面动力环境的诸要素进行测量,如海浪的波高、波向、波长与波周期,海流场的流速和流向以及海面周围的风场等.     

基于星载微波辐射低频双极化通道观测数据的微波辐射传输模型

微波辐射传输方程是海洋-大气微波遥感的理论基础,本文基于晴空条件下AMSR-E 10.7GHz水平与垂直极化亮温数据,将平静海面的亮温观测结果与4种海水相对电容率模型和2种大气水汽吸收模型的计算结果进行比较,确定了海水相对电容率模型与水汽吸收模型,基于上述模型和实测亮温数据反演了风致各项同性海面发射率,其与已有的经验模型结果基本一致,由此建立了星载微波辐射传输模型;利用建立的辐射传输模型计算亮温与AMSR-E观测亮温分别反演了海表面温度与海表面风速,验证了所建微波传输模型的有效性。本文的研究结果可为星载微波辐射计亮温定标、海洋地球物理参数提取奠定基础。     

利用海洋多波段扫描仪航空遥感海面叶绿素浓度的研究

本文首先介绍了由中国科学院上海技术物理研究所最新研制的海洋多波段扫描仪（OMS）的性能和特色，并描述了1999年10月份在黄渤海典型海区进行航空校飞的实验的概况及校飞资料的处理过程。然后，针对不同海区的水色特点，着重探讨了通过最佳通道选择进行假彩色合成叶绿素的定性提取法和模式计算的定量提取法的原理和方法。最后，通过航空校飞、卫星遥感和实测三种准同步资料所得叶绿素浓度空间分布的趋势比较验证了两种叶绿素提取方法和可信度，同时也显示了在OMS基础上所研制的我国第一颗海洋水色卫星水色遥感器的应用前景。     

具有泡沫白帽的粗糙海面的后向散射

本文用迭代法求解离散球形粒子的矢量辐射传输方程和随机粗糙界面的边界条件,得到了强风驱使下产生泡沫白帽散射粒子的双尺度随机粗糙海面模型的后向散射.利用修正的Cox和Munk的海面大尺度起伏概率密度函数和Pierson的海面波高谱,得到了后向散射的数值结果,定量地给出了后向散射和风场大小、方向、视角、极化等特征参数之间的函数关系,并与实验数据进行了很好的比较和讨论.     

L波段海水介电模型构建与误差分析

基于实验室测量数据,构建了盐度和温度多项式形式的L波段海水介电模型,并采用最小二乘法和奇异值分解技术求解模型系数。将新模型与目前广泛使用的Klein-Swift(KS)模型、Meissner-Wentz(MW)模型以及George Washington University(GWU)模型进行比较。结果表明：新模型计算的海水介电常数与实验室测量数据的RMSE误差为0.09（实部）和0.25（虚部）,均优于KS、MW、GWU模型。