一种修正的星载散射计反演海面风场的场方式反演算法

由于卫星散射计探视雷达回波的各向异性的双调和性质,同时由于散向散射物理模型函数的非线性及信号中存在噪声,使得常规点方式风场反演哕向有多至４个解的多解存在。给出了一种改进的场方式钣演方法,利用该人卫星散射计测量的后向散射强度的数据中唯一反演出大尺度海洋风场。通过数值模拟和实际算例计算表明反演过程在风向、风速上都与真解是吻合的。从结果可以看到,所采用的改进的场方式反演方法对模拟数据或真实散射计探测海面     

ERS散射计全球海面风场数据处理与ElNino海面风场异常观测

星载散射测量技术是获取全球海面风场的有效手段。该文研究了欧洲遥感卫星（ＥＲＳ） 散射计全球海面风场数据的处理分析技术。对１９９７ 年３ 月、６ 月和１２ 月的全球海面风场数据进行平均处理,并同时与１９９６ 年６ 月和１９９５ 年１０ 月的观测数据进行对比,利用遥感技术发现了赤道太平洋西部的风场异常,从遥感资料上分析了１９９７ 年Ｅｌ Ｎｉｎｏ 现象的海面风场（ 风速与风向） 异常变化特征。研究结果显示了星载微波散射计在全球变化监测中的重要作用。     

HY-2卫星微波散射计海面风场地球物理模式函数研究

地球物理模式函数GMF (Geophysical Model Function)在星载微波散射计海面风场反演中具有关键作用。本文以C波段MetOp/ASCAT散射计风场数据为参考数据,通过改进现有Ku波段NSCAT-4 GMF中后向散射系数对海面风速和风向的依赖关系,以及增加海表温度(SST)因子项,构建了适用于HY-2卫星微波散射计海面风场反演的NSCAT-5.HY-2 GMF。研究结果表明,相比NSCAT-4 GMF,采用NSCAT-5.HY-2 GMF反演得到的HY-2散射计海面风速与ASCAT散射计风速的一致性提高了约11%,特别是风速反演误差不再依赖于SST变化、不再呈现显著经向分布特点。本论文研究结果对进一步提升国内外其他Ku波段星载微波散射计数据的海面风场遥感应用具有重要参考价值。     

一种海面风场反演的快速风矢量搜索算法

本文以SeaWinds散射计为例，从最大似然估计的海面风场反演方法出发，根据其目标函数的一般分布特征，提出并实现了一种快速风矢量搜索算法。然后采用美国SeaWinds散射计的部分LA实测数据对该搜索算法进行了验证，并与常规算法对同一实验数据的反演偏差及运行时间进行了对比分析，结果表明该算法在能够保证反演精度的前提下，在较大程度上提高了运行效率。     

利用GPS反射信号遥感Michael飓风海面风场研究

对GPS反射信号的功率波形以及GPS信号在海面的散射区域进行了阐述，并对海面风场反演的原理和方法作了具体的介绍。处理了NASA在Michael飓风中机栽实验的数据，反演得到的风速精度为2m／s左右，从而验证了通过GPS反射信号反演海面风场在理论和实践上的可行性。     

GNSS-R航空遥感海面风场仿真技术

研究了机载GNSS-R遥感海面风场的仿真原理和技术,以KA-GO相关功率模型为基础,分析海浪谱,海面坡度和风速风向的关系,并针对不同风速、风向、接收机高度和飞行速度海面散射信号相关功率开展了数值仿真分析研究,并建立了仿真软件。仿真研究结果表明,以上因素对海面反射信号的相关功率波形的峰值和后沿斜率均有影响。本文的仿真结论为GNSS-R海面风场反演打下了理论基础,建立的仿真软件为GNSS-R海面风场反演提供研究平台。     

散射计资料的风场神经网络反演算法研究

建立一种神经网络反演海面风场的算法。该算法以ERS_1/2散射计数据和欧洲中期预报分析风场(ECM-WF)的配准点数据作为神经网络训练和检验数据集。研究表明,该算法具有运行速度快和精度高等特点,反演的风速和风向与C波段第4模型(COMD 4)和ECMWF吻合较好。     

CO2倍增下遥感-光合作物产量响应模型的研究与应用

由于卫星散射计探视雷达回波的各向异性的双调和性质,同时由于散射物理模型函数的非线性及信号中存在噪声,使得常规点方式风场反演中风向有多至4 个解的多解存在。给出了一种改进的场方式反演方法,利用该方法从卫星散射计测量的后向散射强度的数据中唯一反演出大尺度海洋风场。通过数值模拟和实际算例计算表明反演结果在风向、风速上都与真解是吻合的。从结果可以看到,所采用的改进的场方式反演方法对模拟数据或真实散射计探测海面风场的反演是成功的。     

合成孔径雷达图像的近岸海面风场反演

根据海面微波散射原理，给出了星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像海面风场反演的方法。该方法包括SAR图像辐射定标、海面风向确定和风速计算。利用该方法由加拿大RadarsatSAR图像反演获得了中国海南省东南部近岸海区海面风场，并与预报风场作了比较。结果显示，二者相符得很好，风速的均方根误差为0.94m/s，风向的均方根误差为4.03°。     

基于粒子追踪的风场可视化方法研究

为了更直观的表示三维风场的变化特点,针对气象风场数据集的特点采用粒子系统的方法可视化表示风场属性,提出通过粒子的位置变化动态反映风场速度方向以及大小,同时将风场涡旋度的强弱映射成粒子本身的旋转状态。最后介绍了两种用于算法加速的技术并选取CDC数据中心的风场数据提供了实验结果。     

海洋目标的HY-2A卫星微波散射计在轨辐射定标研究

HY-2A卫星微波散射计主要用于测量海表面的风速和风向,为了满足其风速和风向的测量精度要求,必须对其进行在轨辐射定标。本文基于散射计在开阔大洋的观测数据,利用经过定标的seawinds散射计后向散射系数数据,分析了海洋目标定标法的定标精度,结果表明定标精度可以达到0.15 dB,且模式函数对定标结果的影响为系统偏差,说明海洋目标定标法需要选用高精度的模式函数。然后,采用相同的海洋目标定标算法,实现了HY-2A卫星微波散射计的在轨辐射定标,获得HY-2A卫星微波散射计VV极化的定标系数为-1.79 dB,HH极化的定标系数为-1.73 dB。最后,利用NDBC浮标观测数据,检验HY-2A卫星微波散射计反演的风矢量精度,证明获得的定标系数可以明显提高HY-2A卫星微波散射计反演风矢量的精度。     

Measurement of the Wind Vector Over Sea by an Airborne Radar Altimeter Using an Antenna Characterized by Different Beamwidth in the Vertical and Horizontal Planes

In this letter, a possibility of recovering the wind vector over sea using an airborne radar altimeter in a short-pulse scatterometer mode is discussed. The nadir-looking wide-beam antenna, with the modified beam shape forming an ellipse footprint, is assumed for the purpose of analysis. Simultaneous range Doppler discrimination techniques are also used and a measuring algorithm of the sea-surface wind speed and direction is proposed.     

Coastal Validation of Ultra-high Resolution Wind Vector Retrieval From QuikSCAT in the Gulf of Maine

An experimental 2.5-km ultrahigh-resolution (UHR) wind product provided by NASA's QuikSCAT scatterometer offers the potential for new access to coastal surface wind dynamics at the mesoscale level and below. To give future users the best indication of the value of these data, the UHR wind retrievals must be fully validated in nearshore areas. Comparison with meteorological buoys and standard QuikSCAT products allows detailed investigation of UHR winds. Speed and direction residuals are calculated between all scatterometer products and collocated buoys. An ambiguity selection routine improves wind direction agreement between the UHR winds and the other products. Magnitude residuals follow the patterns of the standard QuikSCAT winds, with a 1–2 m/s positive bias in light winds (below 4 m/s) and high winds (above 16 m/s) and standard deviations consistently below 3 m/s. After application of a land contamination removal algorithm, the UHR product provides extended coverage near the coast. An example of a specific wind event illustrates the potential benefits of improved resolution measurements for examining ocean–atmosphere dynamics.      

Spatio-Temporal Coherence Based Technique for Near-Real Time Sea-Ice Identification from Scatterometer Data

The identification of sea-ice has frequently been cited as one of the most important tasks for deriving the sea-ice parameters and to avoid erroneous retrieval of wind vector over sea-ice infested oceans using space-borne scatterometer data. Discrimination between sea-ice and ocean is ambiguous under the high wind and/or thin/scattered ice conditions. The pre-launch technique developed for Oceansat-2, utilizes the dual-polarized QuikSCAT scatterometer data by using the spatio-temporal coherence properties of sea ice in addition to backscatter coefficient and the Active Polarization Ratio. Results were compared with the operational sea-ice products from National Snow and Ice Data Center. The threshold API value of −0.025 was found optimum for sea-ice and ocean discrimination. The overall sea-ice identification accuracy achieved was of the order of 95 per cent, ranging from 92.5% (during December in Southern Hemisphere) to 98% (during March in Northern Hemisphere). The applicability of the algorithm for both the Arctic as well as Antarctic makes it suitable for its operational use with the Oceansat-2 scatterometer data.     

A Ka-band backscatter model function and an algorithm for measurement of the wind vector over the sea surface

A Ka-band backscatter model and an algorithm for measurement of the wind speed and direction over the sea surface by a frequency-modulated continous-wave radar demonstrator system operated in scatterometer mode have been developed. To evaluate the proposed algorithm, a simulation of the wind vector retrieval has been performed.