全极化微波辐射成像仪海面风矢量遥感模型和反演算法研究

摘要

全极化微波辐射成像仪是在传统微波辐射成像仪基础上发展的新一代星载被动微波传感器。传统的微波辐射成像仪测量正交极化亮温并反演海面风速；而全极化微波辐射成像仪则测量多频段四个Stokes参数并反演海面风矢量。2003年成功发射的Coriolis/WindSat是世界上第一个星载全极化微波辐射成像仪，由美国NRL在NPOESS计划框架下研制。WindSat目前仍在运行中，其海面风矢量的反演是利用非线性优化算法求解双尺度海面辐射模型和参数化大气模型。其中，双尺度海面辐射模型的计算以及非线性优化算法相对较复杂。全极化微波辐射成像仪与微波散射计相结合，被认为是卫星海面风矢量测量的最佳方案，对中国HY-2系列海洋卫星有重要参考价值。本文利用WindSat数据集进行全极化微波辐射成像仪海面风矢量反演算法研究，以探求简化的前向模型以及快速的反演算法；同时，完成相关的仿真程序和反演算法程序。 本文利用WindSat卫星计划向研究用户提供的Stokes参数以及同步的海面风场等其他卫星数据集，通过统计分析方法，建立了基于Wentz海洋一大气微波辐射传递理论的WindSat垂直/水平极化亮温模型以及WindSat Stokes第三和第四参数风向模型，从而构成WindSat全极化微波辐射成像仪的简化前向模型。以10.7GHz为例，该简化前向模型模拟的Stokes参数与WindSat观测值的误差为0.42K、0.52K、0.33K、0.22K。比较研究结果表明，本文模型优于S．H．Yueh2006年发表的简化前向模型。 基于上述简化前向模型，产生随机的模拟数据集。采用多元线性回归方法建立海面风速反演算法，同时获得海表温度、大气水汽总量和液态水总量。将海面风速等反演结果输入Stokes第三和第四参数的风向模型中，利用最大似然法估算可能的风向解，并利用中值滤波去除风向模糊。利用美国NDBC(National DataBuoy Center)浮标海面风速风向数据进行印证，本文反演的海面风速风向的误差分别为1.2 m/s和30。，WindSat风速风向的误差分别为1.2 m/s和31。这表明本文建立的简化前向模型以及海面风矢量反演算法有望推广成为一种快速的业务化算法。 本文研发了全极化微波辐射成像仪仿真程序以及海面风矢量反演算法程序。可用于我国FY-3A/MWRI卫星数据的反演以及新一代微波辐射成像仪的仿真预研。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

第二章 海洋-大气微波辐射传递理论

第三章 数据集

第四章 全集化微波辐射成像仪简化前向模型

第五章 海洋风失量反演算法及印证

第六章 总结

参考文献

致谢

简历