X波段海洋雷達(dá)海表信息反演方法研究.pdf

1、X波段海洋雷達(dá)具有對海面進(jìn)行高時空分辨率成像的特點。通過有效的反演方法，可以得到高時空分辨率的海表物理參數(shù)信息，如有效波高、海浪傳播方向、海浪周期、海表風(fēng)速等，而高時空分辨率的海浪和風(fēng)場數(shù)據(jù)能夠為海洋工程、海洋漁業(yè)、海洋運輸?shù)忍峁┯行У谋Ｕ?。本文研究了利用X波段海洋雷達(dá)圖像序列反演海浪譜、海表風(fēng)速以及風(fēng)速海浪協(xié)同反演的方法。
　　首先，X波段海洋雷達(dá)的成像受不同調(diào)制機制的影響，傳統(tǒng)線性調(diào)制傳遞函數(shù)是基于開闊大洋石油平臺上的X波段雷

2、達(dá)海浪觀測建立的，因而不一定適合近岸淺水區(qū)域的波浪信息提取。另外，由于雷達(dá)后向散射強度強烈依賴于雷達(dá)方位向和距離向，雷達(dá)圖像不同區(qū)域的波浪反演所需要的調(diào)制傳遞函數(shù)系數(shù)也是不同的。本文通過比較從X波段海洋雷達(dá)圖像序列中反演獲得的海浪波數(shù)譜與現(xiàn)場浮標(biāo)測量的海浪波數(shù)譜，提出了隨雷達(dá)距離向和雷達(dá)方位向與海浪傳播夾角變化的動態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)系數(shù)。根據(jù)所提出的動態(tài)調(diào)制傳遞函數(shù)系數(shù)，利用X波段海洋雷達(dá)圖像序列反演了雷達(dá)圖像全區(qū)域海浪的峰值周期和平均周期

3、，與浮標(biāo)的觀測值之間的均方根誤差分別為0.95秒和0.48秒，偏差分別為0.52秒和0.26秒。
　　其次，海表風(fēng)速與雷達(dá)后向散射強度之間存在著非線性映射關(guān)系，本文通過對比現(xiàn)場試驗獲取的風(fēng)速資料和雷達(dá)觀測資料提出了新的雙曲正切函數(shù)經(jīng)驗物理模型。經(jīng)過X波段雷達(dá)反演的風(fēng)速與自動氣象站觀測風(fēng)速比較，對X波段雷達(dá)海面風(fēng)速反演方法進(jìn)行了驗證，風(fēng)速反演的均方根誤差達(dá)到1.9m/s，平均相對誤差為-0.06。相較于現(xiàn)有對數(shù)函數(shù)關(guān)系模型，有效提高

4、了風(fēng)速反演的精度，均方根誤差降低1m/s。
　　最后，將風(fēng)速反演的結(jié)果利用到海浪反演中，提出了風(fēng)速海浪協(xié)同反演方法。通過構(gòu)造參數(shù)化海浪譜模型，該模型中只有峰值波數(shù)kp和主波波向θp為未知量，輸入風(fēng)速信息，再求解含有該參數(shù)化風(fēng)浪譜與雷達(dá)觀測圖像譜的約束函數(shù)的最小值來確定最優(yōu)風(fēng)浪參數(shù)，然后得到最終的風(fēng)浪譜，并進(jìn)一步計算有效波高、主波周期、主波波向等參數(shù)。該方法不需要額外的信息輸入來反演海浪譜，也不需要調(diào)制傳遞函數(shù)的參與，有效避免了調(diào)制