非线性随机表面Kirchhoff散射模式

自从Longuet-Higgins(1963)根据非线性作用导出较正态分布为准确的波面高度分布以来,高阶矩在军事、高科技等很多方面得到了应用。Huang等(1980)曾检验了高阶非线性分布,他们发现当波高概率分布中包含直至四阶项时与观测结果相符,但如果考虑更高阶不但效果不好,反而更差。尽管非线性随机过程在海浪理论中获得了广泛的应用,但对海面雷达散射研究仅讨论到三阶矩的影响(Fung et al.,1991;Chen et al.,1992)。电磁随机表面散射理论有适应大尺度随机起伏的粗糙面的Kirchhoff散射模式、轻度粗糙表面的微扰散射模式、大小尺度独立叠加的双尺度散射模式、全波散射模式(Bahar,1987)和积分方程散射模式(Chen et al.,1992)等。对随机粗糙Kirchhoff表面电磁波散射问题,尽管几十年来许多科学家已经进行了大量研究(Fung et al.,1991; Ulaby et al.,1982;Wu et al.,1988),Eom等(1983)曾对Gaussian面和非 Gaussian面的散射特性进行了比较研究,Fung等(1991)将Kirchhoff散射模式推广应用到三阶粗糙随机表面,然而更高阶矩对散射截面的影响还未见报道。本文在Fung等(1991)的基础上将Kirchhoff散射模式推广应用到四阶项,并对模式的应用进行了分析和讨论。     

海面风速微波散射测量与分析

为了深入研究海面风的微波散射特性 ,利用海洋石油平台和飞机作为仪器的工作平台 ,对海面微波散射特性进行了测量 ,并应用统计分析方法 ,对测量数据作处理分析。结果表明 ,海面微波后向散射系数 (σ°)值与海面风速成线性关系 ,随风速增大而增大。同时 ,σ°值与夹角及散射计天线入射角、极化方式有关。结合对海面微波散射算法中 Phillips模式的分析比较 ,得到 Phillips模式的计算值与实测值变化趋势一致的结果     

ERS散射计风速资料反演海面粗糙度

本文首先提出了一个利用海面风场计算海面粗糙度(空气动力学粗糙长度)的模式。应用ERS-1/2散射计风速资料,对我国南海海域的海面粗糙度进行了初步的研究。卫星散射计测风具有高精度和高空间分辨率等特点,这对于研究海面粗糙度及波长、周期和波陡等波浪信息研究提供了坚实的数据基础。     

太湖水下平均余弦计算模型研究

基于太湖实测散射系数数据估算水下平均散射次数,结合Hydrolight软件模拟水下平均余弦,对二者的相关关系进行分析;根据单个样点、各个水层求算的水下平均余弦经验模型,确定水下平均余弦估算的最佳模式为二次方程,利用二次方程的二次项、一次项和常数项系数与平均散射次数的高度相关性,建立了利用平均散射次数估算二次方程系数的模型,从而建立了利用平均散射次数计算水下平均余弦的经验模型.模型检验表明:0.6m深度平均误差不高于1.712%,0.9m深度平均误差不高于1.982%,1.2m深度平均误差不高于2.05%,1.5m深度平均误差不高于4.22%,4个深度总的平均误差不高于2.491%.     

太湖秋季水体体散射和散射相函数特征

利用Fournier and Forand(FF)体散射函数近似计算方法模拟太湖水体的体散射函数以及散射相函数,进而分析太湖水体体散射函数和散射相函数的特性,以及与波段、深度之间的变化关系,空间分布差异。研究表明,太湖水体体散射函数表现为具有极强前向散射特性的大颗粒物散射特征,体散射函数随波段变化的差异性主要体现在后向方向上,散射相函数的变化规律与体散射函数较为相似;而随着深度的变化体散射函数几乎没有变化,但散射相函数表现出了较为明显的层状特征;体散射函数和散射相函数在空间上表现出了较大的差异性,这种差异性随着散射角的增大而不断地加强。     

应用Hydrolight模式研究含油水体辐射传输特性的关键技术

辐射传输模式Hydrolight在国际水色遥感研究领域已被广泛用于解决水体光学的各种问题,也是进行石油类污染水体辐射传输特性研究的有效模型。结合Hydrolight模式的机理、应用现状及含油水体的特点,提出了将该模式应用于光学特性复杂的石油污染水体辐射传输特性研究时需要解决的关键技术,包括测定石油污染水体吸收系数和散射系数、建立石油污染吸收和散射特性随波长和深度变化的参数化模型、确定油物质的吸附后悬浮颗粒物体散射函数模型等方面。依据2018年8月和2016年8月分别在辽宁大连港和辽宁盘锦辽河油田等区域测定的含油水体数据,讨论了这些关键技术的解决方案。     

拉曼后向散射在海面检测及海面与陆地区分中的应用

给出了光散射、后向散射以及拉曼后向散射等基本概念,推导了后向散射截面与后向散射微分截面的基本关系,以及散射微分截面的计算公式。同时还得出了振动拉曼散射、振动一转动拉曼散射、转动拉曼散射、瑞利散射之间的关系。提出了利用647nm红光的拉曼后向散射检测海面以及区分海面与陆地的方法,可以有效地提高机载激光海洋测深的精度。     

基于多波束测深仪的西太平洋声散射层测量

为了研究西太平洋声散射层的垂向分布特征和日变化规律,分析了多波束测深系统的水体影像数据。观测结果表明,西太平洋存在着两个声散射层,一个声散射层位于0～200 m,另一个声散射层位于500～700 m,两个声散射层散射强度具有明显的日变化特征,上层散射层的散射强度呈现白天弱,夜晚强的特征,而下层散射层的散射强度日变化规律与上层相反,并且发现深散射层的厚度也存在日变化特征;分析了此种方法的优缺点,对以后声散射层的观测分析提供了新的思路。此外,利用同时下放的声速仪(SVP)的温度和深度数据对下放式声学多普勒流速剖面仪(LADCP)的观测结果进行了修正,得到了更为精确的声散射层垂向位置分布。     

南海北部声散射季节变化

声散射是重要的声学现象,海洋水体产生的高频声散射信号既可用于开展多种目的的声学海洋学研究,也可能对水下声学设备产生干扰,而海洋水体背景声散射具有显著的时空变异特征,因此针对特定海区开展声散射时变观测具有重要意义。本文利用在南海北部布放的锚系系统所搭载的声学多普勒流速剖面仪,获取了覆盖4个季节的累计约80 d的声散射数据,数据包括75 kHz和300 kHz两个频段,观测水深几乎覆盖了从海面到约600 m水深的整个水体。结果表明,水体在垂向上分布着上散射层和深散射层2个主要散射层。上散射层分布深度在冬夏较浅,位于约100 m以浅,在春秋较深,位于约200 m以浅;深散射层分布深度同样为冬季最浅,位于约300 m以深,但夏季则最深,位于约400 m以深。因此,两散射层的距离在夏季最远,在春秋最近。2个散射层的声散射强度（Sv）同样具有明显的季节变化,上散射层散射强度夏秋较强而春冬较弱,深散射层则正好相反。     

海水中矿物质颗粒吸收和散射特性Mie理论分析

利用Mie理论模型对不同粒径分布和复折射率的矿物质颗粒吸收和散射特性进行了模拟计算.颗粒的衰减和散射效率随着参数ρ的增大呈现出振幅依次减小的一系列有规则的振荡变化,而吸收效率则随着ρ的增加而增大;随着颗粒吸收性的增强,散射效率和吸收效率随着ρ的增大最终都将趋近极限值1.对于矿物质颗粒群,颗粒群的粒度分布变化对散射和后向散射特性影响很大,小粒径粒子对散射和后向散射的贡献比较大;折射率实部以及虚部变化对散射特性均有影响,颗粒的吸收性越强,则散射会相应地减弱;粒度分布以及折射率虚部对吸收系数也存在较大的影响,但是折射率实部对吸收系数的影响不大.     

通用型海洋水色遥感精确瑞利散射查找表

当前对海洋水色遥感精确瑞利散射的计算均采用查找表方式进行,但由于这些查找表是针对特定遥感器生成的,无法直接应用于新的水色遥感器,给实际应用带来一定程度的麻烦,为此提出了一种通用的海洋水色遥感精确瑞利散射查找表.首先,详细地推导了加倍法解大气矢量辐射传输方程的基本关系式和实际的计算原理.通过与MODIS精确瑞利散射查找表计算结果比较,证明利用加倍法计算瑞利散射的精度优于0.25%,完全能够满足当前海洋水色遥感大气校正对瑞利散射计算精度的要求,并可以用来生成精确瑞利散射查找表.其次,利用加倍法解大气矢量辐射传输方程,生成了一个通用的海洋水色遥感精确瑞利散射查找表,验证结果表明该查找表可用于所有水色遥感器的精确瑞利散射计算,且计算精度优于0.5%.     

A general purpose exact Rayleigh scattering look-up table for ocean color remote sensing

1 Introduction In the total radiance received by an ocean color remote sensor, over 80% radiance is the contribution being scattered by air molecule and aerosol, and a wa- ter-leaving radiance carrying the ocean color informa- tion is only a small part. T…     

An improved QuikSCAT wind retrieval algorithm and eye locating for typhoon

This paper proposes a rain considered geophysical model function (GMF), to be noted as GMF plus Rain. GMF plus Rain is based on the basic raidative transfer model with attenuation and scattering effects of rain on radar signal considered. Combined with the NSCAT2 GMF and the rain correction model, the GMF plus Rain model is used to retrieve the ocean wind vectors from the collocated QuikSCAT and SSM/I rain rate data for typhoon Melor. The resulting wind speed estimates of typhoon Melor show improved agreement with the wind fields derived from the best track analysis of Japan Meteorological Agency (JMA). The results imply that compared with the GMF model, the GMF plus Rain model can improve the precision of wind retrieval under the rain condition. Then, a new general algorithm of locating the eye of typhoon through the normalized radar cross section (NRCS) is proposed. The implementation of this algorithm in the ten QuikSCAT observations of typhoon Melor suggests that this algorithm is effective.     

用于海洋-大气辐射传递计算的光学参数数据库

开发和建立了用于海洋-大气辐射传递计算的光学参数数据库.它包括海中主要成分(纯海水、浮游植物、悬移质、可溶有机物)的固有光学参数(光谱吸收系数、光谱散射系数等)及大气中主要气溶胶的有关光学参数.在这些光学参数中,大多数是来自现场的直接测量,一些是间接测量获取,还有一些是通过理论计算得到.     

利用AMSR-E对台风"泰利"的初步分析

基于洋面上的微波辐射传输模型,采用多元线性回归算法,建立了海洋-大气参数的反演算式,并对其进行了验证。在此基础上,根据AMSR-E的反演结果,对台风“泰利”的发生发展过程进行了初步分析。结果表明,反演算式的精度接近于网上公布的业务产品,反演结果比较符合实际情况;但是由于受到所采用物理模型的限制,反演结果对于强降水区不敏感。     

一种分层海底反向散射模型

In order to predict the bottom backscattering strength more accurately, the stratified structure of the seafloor is considered. The seafloor is viewed as an elastic half-space basement covered by a fluid sediment layer with finite thickness. On the basis of calculating acoustic field in the water, the sediment layer, and the basement, four kinds of scattering mechanisms are taken into account, including roughness scattering from the water-sediment interface, volume scattering from the sediment layer, roughness scattering from the sediment-basement interface,and volume scattering from the basement. Then a backscattering model for a stratified seafloor applying to low frequency(0.1–10 kHz) is established. The simulation results show that the roughness scattering from the sediment-basement interface and the volume scattering from the basement are more prominent at relative low frequency(below 1.0 kHz). While with the increase of the frequency, the contribution of them to total bottom scattering gradually becomes weak. And the results ultimately approach to the predictions of the high-frequency(10–100 kHz) bottom scattering model. When the sound speed and attenuation of the shear wave in the basement gradually decrease, the prediction of the model tends to that of the full fluid model, which validates the backscattering model for the stratified seafloor in another aspect.     

基于星载微波辐射计的海洋大气参数反演算法研究

利用3个辐射传输模式对无冰无降水情况下的星载微波辐射计亮温测量进行仿真研究,通过模拟计算结果与同步卫星数据之间的比较分析,确定了用于反演算法研究的前向模式;利用该模式,提出了基于物理的星载微波辐射计海洋大气参数(包括海面风速、海表温度、大气垂直积分水汽量以及积分液态水量)多重线性回归算法。     

基于二次散射的水污染遥感模型及其在珠江口水域的应用

根据水中悬浮物、污染物和水分子等的散射和吸收物理机制建模是实现水污染定量遥感的有效途径.基于一次散射的水污染遥感模型简单易行,但在浑浊度较大时其精度不高.在基于一次散射模型的基础上分析了多次散射的能量组成特点,提出再考虑二次散射可使模型的精度显著提高且不至于使模型过于复杂;导出了二次散射的补偿因子,同时给出了考虑二次散射因子的简单计算方法.将该模型应用于珠江口水域的水污染遥感的结果表明,较之基于一次散射的模型,考虑二次散射的水污染遥感模型在精度上有明显改进.遥感提取结果显示,珠江口水域重污染区主要分布在伶仃洋东北部,香港维多利亚港和深圳湾.     

Data-model comparisons of reverberation at three shallow-watersites

Reverberation measurements made by the SACLANT Undersea Research Centre at three shallow-water sites (130-190-m depth) are compared with each other and with estimates from the DREA normal-mode reverberation model OGOPOGO. The experiments over silt-clay and sand seabeds were conducted at slightly bistatic geometries (0.7-6.0-km source-receiver separation), using explosive sources detonated at mid-water depths. The signals were received on hydrophones of either a vertical or horizontal array and analyzed in one-tenth-decade frequency bands from 25 to 1000 Hz. The data are compared with each other to investigate the site differences and frequency dependencies, and with the estimates from the reverberation model OGOPOGO to interpret the data and to obtain a qualitative measure of the scattering. For modeling purposes, geoacoustic models of the seabed were assumed, and the reverberation data were fitted by adjusting the Lambert bottom scattering coefficients. Good model agreement was obtained with both individual hydrophone and data. Though somewhat sensitive to the geoacoustic the Lambert coefficients give a measure of the frequency dependence of the scattering. For the silt-clay bottom, the scattering is weak but is independent of frequency; for the sand bottoms, the scattering is stronger and increases with frequency. These results are compared with estimates from other experiments     

各向异性海面全极化微波双站散射的仿真与分析

为了解各向异性随机粗糙海面的微波双站散射机制及其特性,本文利用解析近似的积分方程模型以及一种改进的半经验海浪谱模型实现了对各向异性随机粗糙海面的全极化微波散射仿真模拟,并与卫星观测数据、经验的地球物理模式函数及已有的解析近似散射模型仿真结果进行了对比,验证了仿真结果的可行性和准确性。利用该模型分析了入射波频率、入射角、极化方式、海面风速及风向等参数对各向异性海面双站散射的影响。模拟结果表明,在不同的入射角、散射角及方位角等观测几何条件下,海面不同波段的双站散射表现出不同的空间散射特性,且对风速、风向等海面动力学参数表现出不同的敏感性,以L波段为例,海面向后半球双站散射在各个极化方式下都对风速较为敏感,而在同极化方式下,其对风向的响应在中低风速和高风速条件下相反,整体而言,低风速下海面双站散射对风向更为敏感。这表明对于海面动力参数的反演,双站散射可以提供比传统单站雷达后向散射更丰富的物理信息。本文探讨了各向异性海面微波双站散射特性,为基于主动式及分布式微波传感器的海洋动力参数遥感反演提供了理论分析基础。