基于二维激光观测的溢油及其乳化过程散射模式研究进展

合成孔径雷达(SAR)以其高分辨率、能不受雨云影响实施全天时全天候全方位监测,在海面溢油灾害应急监测过程中发挥着越来越重要的作用。溢油是因为海面油膜抑制了毛细波和重力波,在SAR图像上呈暗斑而被识别。然而,海面溢油的乳化过程直接影响SAR对海面溢油后向散射截面的观测精度。本研究以物理海洋学和激光原理以及海面电磁散射理论为基础,通过实验利用激光扫描仪观测海面溢油粗糙度,分别与溢油特征参数、后向散射系数建立对应关系;耦合海面溢油参数与后向散射截面的关系,利用电磁散射数值建模方法,建立海面溢油散射模型,研究海面溢油乳化过程对微波后向散射截面的影响。本项目的研究将为SAR监测海面溢油量、溢油厚度及油品分布格局提供了可能;将进一步揭示海面溢油的散射机制,提高SAR海面监测溢油的精度和能力。     

海浪微波散射理论模式

在假设海面白帽为球形气泡层的基础上,利用白帽海面的矢量辐射传输方程各随机粗糙面散射模型建立了海面的微波散射模型。辐射传输方程利用迭代法求解,随机粗糙面散射模型采用双尺度散射模型,利用白帽覆盖率的经验公式计算海面的微波散射特性。数值计算结果表明,随着气泡厚度的增加球形气泡散射系数越来越接近球形粒子散射系数;白帽对散射同的贡献随风速增大而增大;侧风情况比逆风和顺风情况影响均大;水平极化比垂直极化影响大     

星载SAR测量海洋流场研究进展

多普勒信息是合成孔径雷达（SAR）进行海洋动力遥感的一个重要参数,自从20世纪80年代末就已经开始利用该参数反演海表面动力过程的相关研究.本文重点论述了星载SAR多普勒信息反演海表面流及其应用研究,主要包括SAR干涉测量方法获取海洋流场信息的主要技术手段及研究进展;多普勒频移方法反演表层海洋流场的发展历程及在上层海洋现象（包括地转流、准地转流以及中小尺度过程）中的应用研究;相关的国外重要数据融合计划和研发计划.目前国内在海洋流场的遥感方面还处于起步阶段,重点关注于反演理论和方法,而将反演信息应用于上层海洋动力的研究,还十分缺乏.希望通过本文的综述,为后续在该方向的研究提供借鉴.     

基于X波段海洋雷达的风浪联合反演方法研究

提出了一种新的利用X波段海洋雷达联合反演海面风速与海浪谱的方法,该方法不需要额外的信息输入来反演海浪谱。通过利用风速与雷达后向散射强度的经验关系获得海表风速,然后将反演的风速输入风浪谱,通过求解该模拟风浪谱与雷达观测图像谱的约束函数的最小值来确定海浪谱。利用实验数据对反演方法进行了验证,风速、有效波高、主波周期以及主波波向反演的均方根误差分别为1.9 m/s,0.4 m,1.2 s和9.6°,证明了该方法的可行性。     

降雨条件下的导航X波段雷达海浪参数反演算法研究

X波段的电磁波受降雨影响容易产生衰减,这导致导航X波段雷达在降雨时无法用于海浪观测。本文提出了一种新的降低降雨影响的算法来反演海浪参数。首先,对X波段雷达图像做主成分分析,获得波浪变化的主成分,利用一维傅里叶变换得到波数谱,对其滤波减小降雨对雷达图像的影响;然后,选取JONSWAP(Joint North Sea Wave Project)谱作为理论谱,建立以观测谱与理论谱的最小化差异为目标函数的模型,求解该模型估算海浪的有效波高。与浮标测量的有效波高相比,该方法反演的有效波高的均方根误差是0.23 m,证明了该方法的可行性。     

利用卫星资料反演月平均近海面气温和湿度

为弥补广阔海面上气象参数的观测数据的不足,利用专用成像传感器SSM／I和红外辐射计AVHRR资料进行近海面气温和湿度的反演,首先分析与近海面气温和湿度关系比较密切的几个气象因子及其相关性,并采用神经网络建立近海面气温和湿度与它们之间的关系,利用训练好的网络模型反演月平均近海面气温和湿度,并与TAO和NDBC提供的浮标及观测站的实测数据进行比较,近海面气温和相对湿度的均方根差分别为0．87℃和3．73％。低纬度反演的结果精度较高,达到0．53℃（气温）和2．03％（相对湿度）;较大的误差（气温1．06℃、相对湿度3．85％）主要发生在近岸和高纬度区,因为近岸的地形比较复杂,并且很容易受陆地气候的影响;高纬度地区的气候变化比较剧烈,同时目前能得到的高纬度地区的实测资料比较少,这些因素都会影响反演结果的准确度。     

利用AMSR—E卫星数据反演蒸发波导高度的BP神经网络方法

主要结合P-J模式和全通道AMSR-E卫星数据,利用两种BP神经网络方法对热带海区蒸发波导高度进行了反演研究。(1)利用BP神经网络反演得到的气象参数通过P-J模式计算蒸发高度;(2)利用卫星AMSR-E数据直接反演蒸发波导高度。两种方法得到的与浮标实测参数计算得到的蒸发波导高度之间的相关系数相当,都为0.82左右,均方根差后者比前者小,分别为2.64m和1.89m。利用后一种网络直接反演了南海地区的蒸发波导高度,平均结果与其他文献结果基本一致。     

Numerical simulation and validation of ocean waves measured by an Along-Track Interferometric Synthetic Aperture Radar

A new nonlinear integral transform of ocean wave spectra into Along-Track Interferometric Synthetic Aperture Radar （ATI-SAR） image spectra is described. ATI-SAR phase image spectra are calculated for various sea states and radar configurations based on the nonlinear integral transform. The numerical simulations show that the slant range to velocity ratio （R/V）, significant wave height to ocean wavelength ratio （Hi2）, the baseline （2B） and incident angle （0） affect ATI-SAR imaging. The ATI-SAR imaging theory is validated by means of Two X-band, HH-polarized ATI-SAR phase images of ocean waves and eight C-band, HH-polarized ATI-SAR phase image spectra of ocean waves. It is shown that ATI-SAR phase image spectra are in agreement with those calculated by forward mapping in situ directional wave spectra collected simultaneously with available ATI-SAR observations. ATI-SAR spectral correlation coefficients between observed and simulated are greater than 0.6 and are not sensitive to the degree of nonlinearity. However, the ATI-SARoPhase image spectral turns towards the range direction, even if the real ocean wave direction is 30. It is also shown that the ATI-SAR imaging mechanism is significantly affected by the degree of velocity bunching nonlinearity, especially for high values of R/V and H/2.     

一种改进海面风速反演的分类神经网络方法

为了提高使用SSM/I资料反演全球海面风速的精度,发展了一个新型的神经网络方法.在这个方法中,使用高风速、中、低风速状态和天气状态分类的方法分别训练神经网络,然后根据其类别的不同使用不同的神经网络计算风速.此方法较好地去除了由于高风速和云天天气状态下训练样本数据的缺少所产生的误差,改进了在高风速状态下反演风速值比实际风速偏低的情况,使得反演的高风速值被校正到了正常位置.本方法反演海面风速的值与浮标实测风速值之间的均方根误差达到1.60m/s.     

TOPEX/POSEIDON高度计资料用于中国近海M2分潮的同化反演

以整个中国海为研究区域,把开边界取在TOPEX/POSEIDON(T/P)高度计资料数据点,利用趋近插值法将高度计资料同化到二维非线性潮汐数值模式中,反演了中国近海M2分潮的分布.计算结果与60个验潮站资料比较,符合良好振幅平均绝对偏差为6.7cm,相角偏差为5.5°,均方根偏差为12.6cm.根据计算结果给出东中国海和南海M2分潮的同潮图,与相关文献比较,符合良好.研究结果表明,以本方法利用T/P资料来反演中国海潮汐是可行的.