实孔径微波辐射计海面盐度反演方法研究

摘要

海面盐度是海洋系统中一个极其重要的参数，它对研究海洋环境、全球水循环以及气候的监测和预测等有着巨大贡献。近年来，卫星微波遥感测量海面盐度的技术取得了快速的发展，使得大范围全天候的盐度观测成为现实。但是目前在轨运行的盐度微波遥感卫星SMOS和Aquarius的盐度数据产品在全球范围内尚未达到预期精度，因此深入开展盐度反演算法的研究具有良好的应用价值。
　　本文以实孔径微波辐射计海面盐度反演算法为主线，首先介绍了被动微波遥感观测海面盐度的理论基础；在考虑了海面、大气层、电离层和太空中众多影响因素的条件下，建立了海面微波辐射正向传输模型，并仿真分析了入射角度、海面温度、风速和风向等因素对海面亮温贡献的影响；接着在正向模型的基础上对海面盐度反演的统计回归算法、神经网络算法和基于代价函数的迭代理论算法进行了研究，并分别基于三种盐度反演算法仿真分析了亮温、海面温度和风速等参数误差对盐度反演精度的影响；最后，将利用Aquarius卫星公布的盐度数据以及其他辅助数据通过正向模型计算得到海面模拟亮温值与Aquarius卫星公布的实测亮温数据进行比较，所得的亮温误差较小，从而验证了海面微波辐射正向模型的准确性；此外，将利用Aquarius卫星公布的实测亮温数据通过三种盐度反演算法计算得到的盐度值与Aquarius公布的盐度数据进行比较，结果表明，在低纬度开阔海域，单次盐度反演所得的盐度值与Aquarius公布的盐度数据之间的均方根误差约为0.36psu，从而验证了统计回归反演算法、神经网络反演算法和基于代价函数的迭代反演算法的有效性。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 海面盐度遥感研究概况

1.3 本文主要内容与结构安排

2 被动微波遥感观测海面盐度原理

2.1 微波遥感测量原理

2.2 微波辐射计工作原理

2.3 海面盐度遥感测量原理

2.4 本章小结

3 海面微波辐射正向传输模型

3.1 海面亮温模型

3.2 大气部分的影响

3.3 法拉第旋转与坐标变换

3.4 太空的亮温贡献

3.5 天线亮温的计算

3.6 海面微波辐射亮温仿真

3.7 本章小结

4 实孔径微波辐射计海面盐度反演方法

4.1 统计回归反演算法

4.2 神经网络反演算法

4.3 基于代价函数的迭代反演算法

4.4 不同参数误差对盐度反演精度的影响

4.5 本章小结

5 基于Aquarius卫星数据的海面盐度反演

5.1 Aquarius卫星及其数据产品介绍

5.2 正向模型验证

5.3 海面盐度反演结果比较

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录A：英文缩写对照表

附录B：数学符号说明

附录C：仿真程序及实验处理程序说明