全極化微波輻射計海洋應用研究.pdf

1、微波不受觀測時間的限制,可以穿透云層,可以滿足全天時、天候對海洋監(jiān)測的需求。目前微波輻射計已經(jīng)廣泛用于海表面溫度SST、風速等海洋參數(shù)的獲取,在大尺度、快速、全球測量能力方面具有明顯優(yōu)勢。全極化微波輻射計作為一種被動微波遙感器進行海面風場測量(包括風速和風向),具有功耗低,高風速條件下的精度高等重要的優(yōu)勢,適用于衛(wèi)星平臺,是國際上星載微波遙感技術的一個發(fā)展方向。
　　 本文對全極化微波輻射計海洋應用進行了深入研究,包括全極化輻射

2、計風向反演的順/逆風模糊特性及消除方法,多頻全極化微波輻射計海洋和大氣反演算法,利用全極化輻射計測量數(shù)據(jù)獲取海面毛細重力波譜,以及臺風風場反演研究。本研究對于提高我國海洋的微波遙感監(jiān)測水平具有一定的科學意義和應用價值。
　　 當風向的方位角為0°～10°、160°～200°或者350°～360°時,如果儀器噪聲和大氣自發(fā)輻射大于衛(wèi)星觀測的第三和第四Stokes向量T3和T4的真實信號值,則容易將0°～10°區(qū)間的方位角反演為16

3、0°～200°區(qū)間的方位角,這就出現(xiàn)了順/逆風向反演的180°模糊現(xiàn)象和誤差問題。在利用Monte Carlo方法的數(shù)值模擬對180°模糊現(xiàn)象進行研究的基礎上,作者提出了根據(jù)第一次掃描的第一(the first rank)和第二(the secondrank)風向解和第二次掃描的第一(the first rank)風向解來最終確定風向的新算法,新算法可以消除180°模糊現(xiàn)象帶來的誤差。
　　 使用來自ECMWF的再分析數(shù)據(jù)255

4、3條無降水大氣廓線(液水含量<0.2mm),同時還包括匹配的NECP GDAS海面的水文氣象參數(shù),結合Liebe(1993)大氣吸收模型、Rosenkranz(1998)水氣模型等大氣模型和Wang(2007)高效雙尺度海面發(fā)射率模型理論模擬了1.4、6.8、10.7、18.7、23.8和37GHz的6頻全極化微波輻射計共32個通道的亮溫。根據(jù)模擬的亮溫,產(chǎn)生了1.4和10.7GHz雙頻和6頻全極化輻射計海洋參數(shù)反演算法,包含海洋微波輻

5、射算法和大氣算法兩部分。
　　 推導了一個新的計算海面微波亮溫輻射的新公式。該公式表明,海面毛細重力波輻射可以表示為兩個權函數(shù).Mo和M2對海浪譜的積分?；谠摴?M0和M2和海浪曲率譜C對亮溫的作用可以進行分解研究。由于M0和M2已知,因此可以根據(jù)實際測量的海面毛細重力波輻射獲得曲率譜的O階和2階系數(shù)C0和C2。基于有約束線性最小二乘擬合,本文獲得一個新的海浪譜。比較表明,根據(jù)新擬合的譜和兩尺度模型計算的Tv,Th,T3和T

6、4更加接近WindRad05經(jīng)驗模型
　　 全極化輻射計具有在惡劣天氣條件下海洋風場測量潛力。依據(jù)Shibata(2006)的思路,利用2003年Fabian、2004年Ivan和2005年Emily的總計7256個匹配數(shù)據(jù)重新擬合了一組參數(shù)。利用該組參數(shù)反演Fabian、Ivan和Emily的風速均方根誤差和標準差均為3.35m/s。為了驗證新參數(shù)的通用性,本文將選取的17個颶風個例的風速分別進行反演對于大于20m/s的風速,

7、17個颶風風速的均方根反演誤差為3.4m/s,標準差為3.0m/s。本文還建立了一個利用WindSat測量亮溫反演颶風風向的算法。該算法使用除23.8GHz的Tv和Th以及37GHz的乃以外的Windsat的13個通道的亮溫進行風向反演。利用該算法對25736個匹配數(shù)據(jù)點的颶風風向反演均方根誤差31.39°、標準差19.73°。本文颶風風向反演算法在Hwind風向為50°～100°和260°～310°區(qū)間的反演誤差較大。這與T3和T4隨