利用卫星高度计风速资料研究海面粗糙度

海面粗糙度对于海洋工程和海洋军事都非常重要,但对海面粗糙度的现场观测资料非常少, 这大大制约了对海面粗糙度的认识。利用 TOPEX 高度计风速资料实现了对海面粗糙度的反演,并利用 1993 年和1998 年两年的资料对西北太平洋海域的海面粗糙度进行了研究。     

微波散射实验识别原油及乳化原油

海上原油泄漏在其风化迁移过程中会形成不同浓度的乳化物,严重威胁海洋生态环境。合成孔径雷达(SAR)因其不受雨、云影响,可昼夜监测的优势,在海上溢油监测过程中发挥着主力军的作用,但是它在原油乳化识别方面还存在着不足。本文利用C波段全极化散射计观测原油的自然乳化过程,并利用人工制备的不同含水率的乳化油品模拟原油乳化进程观测油膜后向散射系数(N_(RCS))的变化。实验结果表明乳化原油M_(RCS)高于未乳化原油,且油膜乳化程度越高相应的N_(RCS)越大。通过油水散射差值(Δσ~0)与阻尼比(D_R)发现能够识别乳化与未乳化原油,反映油膜乳化程度的变化,且在VV极化下效果最佳。     

太湖水体散射特性及其空间分异

利用Wetlabs公司研制的AC-S和BB9于2006年10月24目至11月2目对太湖水体的散射系数和后向散射系数进行了测量,在此基础上建立了太湖水体散射系数与后向散射系数之间的关系模型。用2种曲线函数模拟,即在蓝光波段使用S形曲线模型,在绿光和红光波段使用逆函数模型,各模型的MAPE和RMSE变化范围分别为0.027-0.156m^-1、0.005-0.050m^-1,模型整体预测精度都较高。研究发现后向散射系数与散射系数的空间分异现象明显,北部梅梁湾、湖心区、西部及西南部水域散射较强,而东太湖、胥口湾等东部水域的散射相对较弱。     

三维散射系数结构揭示的龙滩库区水的渗透特征

使用2006年10月1日至2010年5月14日9个固定台站和2009年4月4日至2010年5月14日15个临时台站记录的地震波形资料,采用尾波包络线反演方法,得到了龙滩库区地壳的三维散射系数结构,结果表明:(1)龙滩水库下方地壳中存在明显的非均匀结构.由大坝附近布柳河与红水河交汇处至三江(红水河、油拉河和牛河)交汇处的河段下方是研究区最明显的高散射系数区,高散射系数延伸深度达10 km,但在8 km以下高散射系数范围明显减小,除此之外,八茂断裂东西两端和八腊断裂周围也存在小范围的高散射系数区.(2)龙滩库区高散射系数主要分布在碳酸盐地层及与之接壤的透水性较好的砂页岩中,并且主要位于主干河流附近,河流和断层交汇处附近及与河流相交的断层附近,高散射系数分布与水的渗透密切相关.库区的水向河流两岸的渗透宽度约为10 km左右,深度不超过10 km.(3)龙滩库区地震主要集中在7~10 km深度的高散射系数区内,在水库地震中震源明显偏深,可能与库区水渗透引起的古岩溶水活化有关.     

流场调制下的海面对全极化雷达双站散射的影响研究

从波作用量守恒方程出发,在积分方程模型的基础上,通过特征线法对守恒方程进行求解,推导建立了受波流调制的海面雷达双站散射模型,进行了受流场调制下的海面上半空间散射系数的仿真,分析了全极化下双站散射系数受流速变化的影响,以及风场与雷达参数(雷达波频率、雷达波入射角)对流场调制作用的影响。结果表明,随着流速的增大,海面后向散射空间半球区域的散射系数逐渐减小,在前向散射空间半球区域中,交叉极化下的散射系数变化较为明显。风速的增大和风向与流向的夹角增大会导致流场调制所引起的散射系数变化减弱。入射角变化会导致调制作用最明显区域的散射角度改变。随着频率的增大,流场调制作用增大。     

基于Sentinel-1A的全球有效波高的反演研究

本文利用神经网络的技术手段,针对Sentinel-1A二级波模式数据提出一种用于海浪有效波高(Hs)反演的模型——N_N模型。该模型在基于ERS2 SAR波模数据开发的双参数模型的基础上,加入经度、纬度、方位向截断波长(λ_c)、图像偏斜(skewness,skew)、图像峰度(kurtosis,kurt)、卫星平台距目标物的距离与卫星飞行速度之比(β)等其他参数信息,根据不同输入参数的组合,建立了14个模型用于Hs反演,旨在分析各参数对有效波高反演的影响。通过分析表明,14个N_N模型相关系数都在0.8以上。随着λ_c、β参数的加入,N_N模型性能均大幅上升,且λ_c参数对模型性能的改善作用更加明显,相关系数提升0.06左右,均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)下降0.12m左右。另外,skew与kurt的加入也使N_N模型性能有所改善,RMSE下降0.03m左右,相关系数提升0.01左右。其中,N_N10模型效果最佳且性能最稳定,与欧洲中程天气预测中心(the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)数据对比,相关系数(CORR)达到0.905,散射指数(Scattering Index,SI)与RMSE最低,分别为18.74%、0.502m,与独立测量的浮标数据的相关系数达到了0.894。     

结合时间序列Sentinel-1数据和面向对象的湿地信息提取方法

基于光学影像的遥感技术受云雨等天气条件影响较大,而合成孔径雷达(SAR)由于具有穿透能力可以很好的克服这一缺陷。本文以黑龙江流域扎龙湿地为研究区域,采用时间序列C波段双极化(VV、VH)Sentinel-1数据,结合面向对象的图像分析技术对扎龙湿地进行分类。对比分析了5种机器学习算法得出随机森林算法的精度最高,总体精度为88.43%,Kappa系数为0.8646,其中沼泽的制图精度达到84.68%,用户精度达到89.47%。使用Sentinel-1数据对扎龙湿地进行湿地信息提取的最佳时相为5月、7月和8月。     

QuikSCAT风矢量快速反演的后向散射系数预处理算法

根据QuikSCAT的工作特点,提出了一种通过对QuikSCAT风矢量单元后向散射系数进行预处理,从而提高反演效率的快速算法.预处理算法将每个风矢量单元对应的后向散射系数按测量几何关系分为外波束前视、内波束前视、内波束后视、外波束后视观测4组,取每组后向散射系数平均值作为对应组的测量结果,再将作分组平均处理后的后向散射系数代入反演流程中,使得求目标函数值步骤中搜索查找表的次数减少到4次.与JPL业务化运行所选用的算法相比较,快速算法仅以损失少量风向信息为代价,将风矢量反演所需计算量减少到原来的1/3,极大地提高了运算效率,缩短了风矢量反演所需的时间,可为应对突发灾难性天气等特殊情况争时间.     

S波段雷达数据反演土壤水分的模拟分析和验证

中国自主研制的环境减灾卫星星座（HJ）中包含多颗光学和雷达小卫星,这些小卫星计划于2007年底陆续升空。其中,载有S波段合成孔径雷达（SAR）的HJ-1C星,预计于2008年发射,该卫星设置有S波段（3.2GHz）,采用VV极化方式,入射角变化范围是25°～47°。本文根据该雷达卫星的系统参数,利用AIEM模型的模拟数据反演土壤水分的变化。首先,对传统单极化SAR数据反演土壤水分的方法（基于简单散射模型）在S波段的适用性进行了分析（共检验了四个波段数据,分别是Ku波段、C波段、S波段和L波段）,结果表明该方法可应用于S波段,且应用效果比C波段好;然后,对以往研究中该方法可采用的不同水分参数形式进行了比较分析,结果表明,以垂直极化幅度作为土壤水分参数效果最好;最后,利用模拟数据对该方法进行验证,结果在两次数据入射角差为5°时,近80%数据的误差在5%以内。     

微囊藻和栅列藻吸收与散射特性的实验研究

利用分光光度计,分别检测不同浓度梯度的微囊藻和栅列藻的光束衰减系数、吸收系数等。根据线性加和关系计算出2种藻的散射系数。结果表明,400～650 nm光束衰减系数大致呈下降趋势,之后又逐渐上升.在675 nm附近出现由于浮游植物吸收而形成的峰值,微囊藻、栅列藻的c*(675)分别为(0.075±0.007)m~(-1)、(0.079±0.007)m~(-1)。微囊藻、栅列藻吸收系数、比吸收系数在440、675 nm存在明显的吸收峰值,PAR波段积分平均比吸收系数分别为0.0172、0.0178 m~2/(mgCh1a)。散射系数在440、675 nm一般出现谷值,而在550、700 nm一般为峰值。微囊藻、栅列藻PAR波段积分平均比散射系数分别为0.0686、0.0737 m~2/ (mgCh1a),比散射系数明显大于比吸收系数。另外,栅列藻比散射系数均要大于微囊藻.而其比吸收系数则差异不明显。微囊藻、栅列藻吸收系数与叶绿素a浓度存在非常好的线性关系,显示其不存在色素包裹效应。微囊藻、栅列藻平均Q*.值分别为1.13、1.19.均大于1.包襄因子的分析也证明不存在色素包裹效应。实验条件下得到比吸收系数、比散射系数可以用于计算浮游植物的吸收和散射系数。