星载微波辐射计中高海况海气界面气象参数信息提取技术

摘要

在中等海况下，星载微波辐射计可以大范围获取海面风速等海气界面气象要素信息。然而，在台风、飓风等高海况环境下，由于微波辐射计业务化的风速反演算法是基于中高频的微波数据来反演海面风速，而相较于受降雨和大气水蒸汽影响较小的低频微波信号，10.7GHz以上的高频微波信号受雨滴和水蒸气的影响很大。因此，目前辐射计业务化算法无法获取高海况下海面风速的信息。
　　本文主要研究飓风、台风等高海况下辐射计海面风速反演算法。由于6.9GHz水平极化通道的亮温对海面风速敏感且对雨滴和大气水蒸气不敏感，因此本文利用搭载在AQUA卫星和GCOM-W1卫星上的被动式微波辐射计AMSR-E和AMSR26.9GHz水平极化通道的亮温资料来反演2002-2014年北大西洋飓风海况下的海面风速。AMSR-E和AMSR2在2002-2014年与SFMR匹配的数据集共包含53个飓风的信息。基于小斜率小扰动模型(SSA/SPM)和高风速海面粗糙度谱（H13谱）结合亮温资料可反演海面风速，并且可利用SFMR的观测结果来验证反演精度。
　　风速的反演结果和SFMR的观测值相比，2002-2014年的统计反演偏差和均方根误差分别为1.11和4.34m/s，表明在高海况条件下本文的高风速反演算法可获得较为准确的海面风速信息。而飓风Earl的风速反演偏差和均方根误差分别为1.08和3.93m/s;飓风Edouard的偏差和均方根误差分别为0.09和3.23m/s。并且AMSR-E和AMSR2连续三天的飓风风速反演结果清晰地反映了飓风增强和减弱的过程;同时台风梅花和灿鸿的反演结果也说明本文的反演算法同样可监测台风的动态特征。
　　在高海况环境下，本研究也基于AMSR-E和AMSR26.9GHz水平和垂直极化通道的亮温资料来反演海表温度，反演结果与SFMR和HYCOM的海温数据相比，偏差和均方根误差分别为0和2.52℃。此外本文还验证了中等海况条件下反演算法对风速和海温的适用性，结果均表明本文的算法同样可获取中等海况下海面风速和海表温度的信息。
　　在高海况海面风速和海表温度的反演过程中，海表温度、菲涅尔反射系数、粗糙度谱、降雨等参数会影响海面风速和海表温的反演精度，因此在将来的研究中需要对这些影响因子进行校正，去除降雨对亮温信号的影响，进一步提高风速和海温的反演精度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 统计方法

1．2．2 物理方法

1．3 主要研究内容

1．4 主要创新点

第二章 遥感和现场观测数据介绍及处理

2．1 卫星辐射计数据

2．2 机载数据

2．3 浮标数据

2．4 数据匹配

第三章 辐射计中高海况海面气象参数反演算法

3．1 小斜率小扰动模型(SSA／SPM)

3．2 高海况海面粗糙度谱

第四章 中等海况海面风速和海表温度反演

4．1 中等海况海面风速反演

4．2 中等海况海表温度反演

第五章 高海况海面风速和海表温度反演

5．1 辐射计亮温仿真与验证

5．1．1 单个飓风亮温仿真结果

5．1．2 亮温仿真统计结果

5．2 高海况海面风速反演

5．2．1 风速个例反演

5．2．2 风速统计反演

5．3 高海况海表温度反演

5．4 反演算法对我国近海台风条件下风速反演的适用性

第六章 高海况海面气象参数反演影响因子

6．1 海面粗糙度谱对高海况海面气象参数反演精度的影响

6．2 降雨对高海况海面气象参数反演精度的影响

第七章 结语

7．1 主要研究成果

7．2 展望

参考文献

作者简介

致谢