全極化微波輻射計(jì)海洋應(yīng)用研究.pdf

1、微波不受觀測時(shí)間的限制,可以穿透云層,可以滿足全天時(shí)、天候?qū)Ｑ蟊O(jiān)測的需求。目前微波輻射計(jì)已經(jīng)廣泛用于海表面溫度SST、風(fēng)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(jì)作為一種被動微波遙感器進(jìn)行海面風(fēng)場測量(包括風(fēng)速和風(fēng)向),具有功耗低,高風(fēng)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(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。
　　 本文對全極化微波輻射計(jì)海洋應(yīng)用進(jìn)行了深入研究,包括全極化輻射

2、計(jì)風(fēng)向反演的順/逆風(fēng)模糊特性及消除方法,多頻全極化微波輻射計(jì)海洋和大氣反演算法,利用全極化輻射計(jì)測量數(shù)據(jù)獲取海面毛細(xì)重力波譜,以及臺風(fēng)風(fēng)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(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 當(dāng)風(fēng)向的方位角為0°～10°、160°～200°或者350°～360°時(shí),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(shí)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(fēng)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(jìn)行研究的基礎(chǔ)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(fēng)向解和第二次掃描的第一(the first rank)風(fēng)向解來最終確定風(fēng)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(shí)還包括匹配的NECP GDAS海面的水文氣象參數(shù),結(jié)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(jì)共32個(gè)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(jì)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(dǎo)了一個(gè)新的計(jì)算海面微波亮溫輻射的新公式。該公式表明,海面毛細(xì)重力波輻射可以表示為兩個(gè)權(quán)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(jìn)行分解研究。由于M0和M2已知,因此可以根據(jù)實(shí)際測量的海面毛細(xì)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(gè)新的海浪譜。比較表明,根據(jù)新擬合的譜和兩尺度模型計(jì)算的Tv,Th,T3和T

6、4更加接近WindRad05經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?br>　　 全極化輻射計(jì)具有在惡劣天氣條件下海洋風(fēng)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(jì)7256個(gè)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(fēng)速均方根誤差和標(biāo)準(zhǔn)差均為3.35m/s。為了驗(yàn)證新參數(shù)的通用性,本文將選取的17個(gè)颶風(fēng)個(gè)例的風(fēng)速分別進(jìn)行反演對于大于20m/s的風(fēng)速,

7、17個(gè)颶風(fēng)風(fēng)速的均方根反演誤差為3.4m/s,標(biāo)準(zhǔn)差為3.0m/s。本文還建立了一個(gè)利用WindSat測量亮溫反演颶風(fēng)風(fēng)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(gè)通道的亮溫進(jìn)行風(fēng)向反演。利用該算法對25736個(gè)匹配數(shù)據(jù)點(diǎn)的颶風(fēng)風(fēng)向反演均方根誤差31.39°、標(biāo)準(zhǔn)差19.73°。本文颶風(fēng)風(fēng)向反演算法在Hwind風(fēng)向?yàn)?0°～100°和260°～310°區(qū)間的反演誤差較大。這與T3和T4隨