高海况下卫星雷达高度计参数反演的影响因素分析研究

摘要

台风飓风暴雨等极端大气和海面状况(或高海况)导致海面波浪破碎，从而在海表面上产生大量白帽和泡沫(统称白沫)。在通常海况下，雷达高度计会接收到比较有规则的海面回波波形，依据海洋模型(Brown模型)都能比较精确的反演出海面参数，能满足工程实践需求。然而,当高海况时，由于白沫和降雨对微波信号衰减和散射作用，致使高度计接收到的微波信号十分微弱，甚至失锁，这大大影响高度计海面参数的反演及其精度。
　　本论文主要研究了高海况下白沫和降雨对高度计海洋参数反演的影响。首先分析了卫星雷达高度计海面参数测量模型和基本原理。其次，详细分析和研究了降雨对高度计参数反演影响。主要研究了降雨对微波衰减作用，Mie散射理论，辐射计测量降雨量、液态水原理，在此基础上讨论了降雨对高度计后向散射系数反演的影响，从而分析了白沫对海面风速反演的影响。随后，详细研究了白沫对高度计参数反演的影响：(1)基于大气-白沫-海水三层介质模型，运用电磁场理论计算和分析了该模型的电磁波入射反射特征，从而得到白沫对海面反射率的影响特性，以及白沫对海面后向散射系数的影响规律和误差校正值。(2)在此基础上，根据白沫覆盖率与风速的经验关系、风速与后向散射系数的关系，讨论了白沫对高度计海面风速反演的影响。(3)白沫对有效波高的反演影响分析是从高度回波波形出发，讨论了白沫对海面高度概率密度函数的影响、回波波形的影响，通过最小二乘法拟合反演出有效波高，得到白沫对有效波高反演的影响特性及其误差校正值。最后，采用海洋二号卫星测得的数据通过一定的算法分别对存在降雨和白沫时测量的后向散射系数及风速进行校正。
　　本论文研究结果在高度计高海况参数反演与校正工作中具有较好的参考价值和应用意义。