全极化微波辐射计海洋应用研究.pdf

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1、分类号UDC密级编号中国科学院空间科学与应用研究中心博士后研究工作报告工作完成日期报告提交日期全极化微波辐射计海洋应用研究殷晓斌2007年7月一2010年6月2010年7月中国科学院空间科学与应用研究中心(北京)2010年7月全极化微波辐射计海洋应用研究STUDYONOCEANICREMOTESENSINGUSINGPOLARIMETRICMICROⅥ五WERADIOMETER博士后姓名：殷晓斌流动站(一级学科)名称地球物理学专业(二级学科)名称空间物理学研究工作起始时间2007年6月20日研究工作期满时间2010年7月11日中国科学院

2、空间科学与应用研究中心(北京)2010年7月mml洲7¨川川■__Ⅲ9Ⅲ7M，，iii●1洲Y全极化微波辐射计海洋应用研究摘要微波不受观测时间的限制，可以穿透云层，可以满足全天时、天候对海洋监测的需求。目前微波辐射计已经广泛用于海表面温度SST、风速等海洋参数的获取，在大尺度、快速、全球测量能力方面具有明显优势。全极化微波辐射计作为一种被动微波遥感器进行海面风场测量(包括风速和风向)，具有功耗低，高风速条件下的精度高等重要的优势，适用于卫星平台，是国际上星载微波遥感技术的一个发展方向。本文对全极化微波辐射计海洋应用进行了深入研究，包括全

3、极化辐射计风向反演的Jil页／逆风模糊特性及消除方法，多频全极化微波辐射计海洋和大气反演算法，利用全极化辐射计测量数据获取海面毛细重力波谱，以及台风风场反演研究。本研究对于提高我国海洋的微波遥感监测水平具有一定的科学意义和应用价值。当风向的方位角为Oo～100、1600～2000或者3500-3600时，如果仪器噪声和大气自发辐射大于卫星观测的第三和第四Stokes向量T3和T4的真实信号值，则容易将00100区间的方位角反演为1600-2000区间的方位角，这就出现了顺／逆风向反演的1800模糊现象和误差问题。在利用MonteCarl

4、o方法的数值模拟对1800模糊现象进行研究的基础上，作者提出了根据第一次扫描的第一(thefirstrank)和第--．-(thesecondrank)风向解和第二次扫描的第一(thefirstrank)风向解来最终确定风向的新算法，新算法可以消除1800模糊现象带来的误差。使用来自ECMWF的再分析数据2553条无降水大气廓线(液水含量

5、模型理论模拟了1．4、6．8、10．7、18．7、23．8和37GHz的6频全极化微波辐射计共32个通道的亮温。根据模拟的亮温，产生了1．4和10．7GHz双频和6频全极化辐射计海洋参数反演算法，包含海洋微波辐射算法和大气算法两部分。推导了一个新的计算海面微波亮温辐射的新公式。该公式表明，海面毛细重力波全极化微波辐射计海洋应用研究辐射可以表示为两个权函数Mo和ME对海浪谱的积分。基于该公式，Mo和ME和海浪曲率谱C对亮温的作用可以进行分解研究。由于Mo和M2己知，因此可以根据实际测量的海面毛细重力波辐射获得曲率谱的O阶和2阶系数Co和c

6、2。基于有约束线性最小二乘拟合，本文获得一个新的海浪谱。比较表明，根据新拟合的谱和两尺度模型计算的Tv,Th，T3和T4更加接近WindRad05经验模型全极化辐射计具有在恶劣天气条件下海洋风场测量潜力。依据Shibata(2006)的思路，利用2003年Fabian、2004年Ivan和2005年Emily的总计7256个匹配数据重新拟合了一组参数。利用该组参数反演Fabian、Ivan和Emily的风速均方根误差和标准差均为3．35m／s。为了验证新参数的通用性，本文将选取的17个飓风个例的风速分别进行反演对于大于20rn／s的风速

7、，17个飓风风速的均方根反演误差为3．4m／s，标准差为3．0m／s。本文还建立了一个利用WindSat测量亮温反演飓风风向的算法。该算法使用除23．8GHz的兀和死以及37GHz的乃以外的Windsat的13个通道的亮温进行风向反演。利用该算法对25736个匹配数据点的飓风风向反演均方根误差31．390、标准差19．730。本文飓风风向反演算法在Hwind风向为500～1000和2600～3100区间的反演误差较大。这与乃和乃随风向的变化特性有关。关键词：被动微波遥感，全极化，风速，风向，毛细重力波谱，台风，算法IISTUDYONOC

8、EANlCREMOTESENSrNGUSINGPOLARIMETRJCMICROⅥ，A、，ERADIOMETBRONOCEANICREMOTESENSINGUSINGPOLARIMETRICMICROⅥ(A