第六章_海面风场遥感 海洋遥感课件

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1、2021/7/6海洋遥感TheOceanicRemoteSensing2021/7/6第六章海面风场遥感概述微波散射计测量海面风场SAR获取海面风场信息其它方法测量海面风速2021/7/66.1概述1.海面风场测量的意义海面风场测量对于海洋环境数值预报、海洋灾害监测、海气相互作用、气象预报、气候研究等都具有重要意义。常规资料主要通过船舶、海上浮标、沿岸和岛屿气象台站来测量获得，难以满足宏观、实时海洋监测的需要，卫星遥感技术起到了非常重要的补充作用。2021/7/66.1概述2.海面风场遥感测量的波段与传感器

2、可见光、红外遥感方法微波散射计微波辐射计高度计SAR2021/7/66.1概述3.海面风场微波遥感测量的原理风速测量-微波传感器不能直接测量海面风矢量，微波测量海面风速是基于海面的后向散射或亮温与海面的粗糙度有关，而海面粗糙度与海面风速之间具有一定的经验关系而进行的。风向测量-对同一海域不同入射角的资料进行分析，可获得风向分布信息。用于描述雷达后向散射系数与海面风矢量(风速和风向)之间的经验关系称为风场反演的地球物理模式函数。2021/7/66.2微波散射计测量海面风场1.发展历史1966年Morre教授提

3、出散射计测量海面风场的概念。1973年Skylab卫星S-193散射计和1978年Seasat-A卫星SASS散射计的成功经验证实了该技术的有效性。1991年ESA的ERS-1卫星上装载了主动微波探测仪，使卫星散射计风场测量进入业务化监测的新纪元。1999年QuikSCAT卫星的SeaWinds散射计提高了测量精度。目前测量风速范围在4～24m/s，精度为±2m/s或10％，风向范围0～360°，精度±20°。2021/7/66.2微波散射计测量海面风场2.测风原理微波散射计（Ku波段和C波段的微波散射计）

4、通过测量海面微波后向散射系数，根据它与海面风矢量的经验模式函数来反演海面风场。微波散射计的入射角一般大于20度，散射计测量海面风场以Bragg共振散射模型和双尺度模型为主。2021/7/66.2微波散射计测量海面风场2.测风原理（1）雷达后向散射系数的计算：（2）单位面积后向散射系数的Bragg表达：可见，后向散射系数随摩擦风速u线性增长。2021/7/66.2微波散射计测量海面风场2.测风原理（3）海面高度z处风速的计算：（Monin-Obukhow方程）可见，后向散射系数与海面风速具有较大相关性。us为

5、海面风速，ka为Karman常数（常取0.4），z0可用经验关系式表达，ψ为考虑大气稳定性的修正值，L为M-O长度。2021/7/66.2微波散射计测量海面风场2.测风原理（4）后向散射系数与风向之间的关系：在风速固定的条件下，后向散射系数在逆风观测时最大，顺风其次，而横风最小。2021/7/66.2微波散射计测量海面风场3.海面风场反演过程（1）反演步骤计算归一化后向散射系数，并获得不同视角天线对同一区域的观测；利用风矢量与归一化后向散射系数之间的关系，进行风速和风向估计；多个可能风矢量解模糊性的消除。2

6、021/7/6海面风场微波散射计测量流程2021/7/66.2微波散射计测量海面风场3.海面风场反演过程（2）风矢量反演模式一般情况下，风矢量反演模式表达为：试验基础上，已获得后向散射截面与风矢量之间具有如下关系：式中系数根据经验确定，取决于入射角θ。Φ为相对方位角，与风向和雷达观测方位角有关。2021/7/6※模式函数研究进展SASS-1模式函数SASS-2模式函数NSCAT-1模式函数NSCAT-2模式函数QSCAT-1模式函数Ku-2001模式函数CMOD1-12模式函数CMOD-IFR2模式函数Ku

7、波段的模式函数C波段的模式函数6.2微波散射计测量海面风场模式函数一般采用统计的方法经验获得。2021/7/66.2微波散射计测量海面风场3.海面风场反演过程（2）风矢量反演模式-常用：下标0u、0d和0c分别表示逆风、顺风和横风时观测的后向散射系数。风速、入射角和极化方式的函数。Φ为相对方位角，为风向和雷达方位角之差。2021/7/66.2微波散射计测量海面风场3.海面风场反演过程（2）风矢量反演模式入射角和风向固定时，后向散射截面随风速的变化2021/7/66.2微波散射计测量海面风场3.海面风场反演过

8、程（2）风矢量反演模式风速固定时，后向散射系数随相对方位角的变化2021/7/66.2微波散射计测量海面风场3.海面风场反演过程（3）实际应用的风矢量反演模式Ku波段-Morre模式Ku波段-Wentz（SASS-II模式）2021/7/66.2微波散射计测量海面风场3.海面风场反演过程（3）实际应用的风矢量反演模式C波段–本质是简化的Morre模型主要针对ERS系列卫星的模型，相继开发出了CMOD1-12模型。