海面风场

摘要： 利用前期提出的合成孔径雷达反演海面风场变分方法新解法,开展背景场对合成孔径雷达反演海面风场变分方法风速反演结果影响的模拟试验分析。模拟试验表明,变分方法有效解决了直接反演方法的两大缺陷:一是当背景场风速较大的时候,合成孔径雷达后向散射系数对风速不敏感,直接导致较大的风速反演误差;二是当背景场风向存在误差时,将导致后向散射系数更大的误差,进而导致风速反演结果更大的误差。进一步试验表明,当背景场风速较大时,变分方法风速误差低于直接反演方法风速误差。而当背景场风向误差较小时,直接反演方法风速误差比变分方法风速误差小。

摘要： 利用1988—2018年CCMP 10 m风场资料,对西北太平洋海表风场的气候态特征、线性变化趋势以及6级及以上风力的频率分布特征进行分析。结果表明:平均风速随季节变化显著,夏季风速偏小,冬季风速整体较大。海表风速的线性变化趋势同样呈现出较强的季节性差异,其中东海南部、台湾海峡、南海东北部以及巴士海峡海域季节平均风速在秋冬两季表现出相反的变化趋势,这可能与东亚大槽的强度变化以及累积气旋能量的年际变化有关。西北太平洋不同海域大风频率分布特征季节差异性显著,30°N以北的北太平洋海域除夏季外,其他3个季节大风过程频发,南海东北部海域、台湾海峡以及巴士海峡海域大风过程主要集中在秋、冬两季;南海中西部海域大风过程主要集中在夏、冬两季,夏季大风过程以西南风为主,冬季以东北风为主。

摘要： 海洋预报是进行海上活动的安全保障,海洋预报系统技术已经成为现代海洋气象业务的技术支撑。海洋观测、数据同化、数值模拟和高性能计算机等技术的进步极大地推动着海洋业务化预报的发展。采用大气数值模式(WRF)、海洋数值模式(CROCO)和海浪数值模式(SWAN)的多模式高分辨率离线耦合方式,添加南京信息工程大学“海洋数值模拟与观测实验室”团队自主研发的一系列海洋模式参数化方案,包括浪致混合参数化方案、亚中尺度参数化方案、海山诱导混合参数化方案以及涡旋诱导的沿等密度面和跨等密度面混合参数化方案,并通过同化技术和最新的人工智能技术与观测资料相结合,构建一种面向中国边缘海的风浪流多参数耦合预报系统,用于海上风电功率的预报和其他海洋灾害预警。实际观测资料的验证表明,该预报系统能较准确地模拟海上风场、海流、海温、波浪、潮汐等海洋气象要素。同时实现了按需实时可视化全景展示。

摘要： 基于多源资料进行海面风场的同化融合或插值融合,目前受到计算能力的较大制约。本文提出在多源卫星数据和ERA-5再分析数据重叠区域,训练基于XGBoost的机器学习ERA-5数据修正融合模型。然后基于该模型快速修正ERA-5数据(机器学习推理)。由于机器学习推理的快速性,ERA-5全区域修正融合的时间仅需2 s左右,可以较小计算代价构建整个海面融合风场。本文以10 m风速、10 m风向、U10分量和V10分量等典型风场变量展开,考虑了海陆分布差异使用陆地掩膜消除陆地区域,分别构建D_S_A_XGBoost、D_S_O_XGBoost、U_V_A_XGBoost、U_V_O_XGBoost 4个ERA-5修正模型,并最终生成海面融合风场。通过修正前后的ERA-5再分析数据与卫星数据进行比较,上述4个模型均减小了ERA-5再分析数据与卫星数据的差距。特别是在风速方面,不论是均方根误差(RMSE)还是绝对误差(MAE)都得到有效降低。在风向方面上,RMSE以及MAE也呈现降低趋势。在利用热带大气海洋观测计划(Tropical Atmosphere Ocean Array,TAO)浮标数据对4种XGBoost模型进行评价发现,U_V_O_XGBoost模型对于ERA-5数据的修正结果最好,其相关性达到0.893,提高了约0.011,结果表明本文在保证风场精度的情况下较大地提高了融合速度。

摘要： 利用合成孔径雷达获取高空间分辨率的海面风场,对于研究沿岸海域大气海洋过程具有重要意义.应用CMOD地球物理模型直接反演风速受先验风向误差影响较大,30°的风向误差可导致高达40％的风速误差.变分方法考虑了雷达观测值及背景风场的不确定性,能够较好地降低先验风向对反演风速的影响.但不同的观测误差或地球物理模型选择会形成不同的变分方案,使得反演风场存在差异.本文基于Sentinel-1合成孔径雷达数据及NDBC浮标数据,对不同变分方案进行了系统评估.试验结果表明,当观测误差选取常值0.1 dB、地球物理模型选取CMOD7时,反演风速均方根误差为1.11 m·s-1,总体最小;但在特定风速区间内,其他变分方案能获得相对更好的反演精度;各变分方案反演风速精度均显著高于背景风速及CMOD直接反演风速精度,但反演风向相对背景风向没有明显改善.试验结果可为变分方法在不同应用需求下的选择提供参考依据.

摘要： 本文使用2003年1月—2019年12月MODIS遥感数据,结合海表温度、风速分析南海中西部叶绿素质量浓度分布特征和影响因素.结果显示南海中西部叶绿素质量浓度分布存在时空变化.EOF分解表明,EOF1可能反映台风等极端天气对叶绿素的影响;而EOF2和EOF3均反映了夏季沿岸上升流对叶绿素分布的影响.相关分析表明南海中西部叶绿素质量浓度与海面风场呈正相关(r=0.87,p<0.01),与海表温度呈负相关(r=-0.59,p<0.05).夏季在西南季风影响下越南东南沿海形成上升流,导致该区浮游植物旺发、叶绿素质量浓度升高;冬季受强东北季风影响,研究区海洋上层混合作用强烈,营养盐供应增加,促进了浮游植物生长,叶绿素质量浓度高于其他季节.

摘要： 2021年11月27日09:00,航空工业自主研制的翼龙-10无人机腾空而起,搭载毫米波测云雷达、掩星/海反探测系统等,经过几十分钟飞行后到达任务空域,与天基、海基、岸基气象观测仪器一起,对海洋上空云系、温湿廓线分布以及海面风场等气象要素进行协同观测。

摘要： 2018年10月29日中法海洋卫星(CFOSAT)在酒泉卫星发射中心成功发射。作为CFOSAT卫星的两个有效载荷之一,新体制微波散射计是中方负责的唯一有效载荷,已成功在轨运行三周年。CFOSAT微波散射计是国际上首个扇形波束扫描的新体制海面风场测量微波散射计,也是中国第一次从观测体制、系统方案、关键技术和工程实现、数据处理全链条自主创新实现的星载微波散射计,历经超过10年的技术攻关和工程研制,实现了创新突破。

摘要： 本文对两种风场资料于汛期期间在上海海域的适用性进行分析比较,得到ECWIND风速的偏差为0.58m/s,均方根误差为3.54m/s,离散指数为38％,风向均方根误差为52.65°;NECP风速的偏差为2.22m/s,均方根误差为5.22m/s,离散指数为37％,风向均方根误差为68.22°.ECWIND与NECP相比更接近观测,且其在风力为3-6级时,风向为西北时,与观测资料一致性最高.即ECWIND资料较NECP在上海海域的适用性高,可为日常海面风场预报提供参考,也可作为其它海洋预报模式的气象强迫场条件.

摘要： 本文对三种海面风场资料(CCMP、NCEP、ERA)在台湾海峡的风场平面分布特征及季节和年际变化特征进行了相互比较,并应用2011年浮标观测的风速和风向资料分别对三种资料在台湾海峡的风速和风向进行了误差分析和评估.主要结论如下:1)三种资料在东北季风影响期、西南季风影响期及季风转换期的海面风场平面分布特征相似,风速和风向的季节变化和年际变化特征基本一致;三种资料的差异主要表现在冬季NCEP资料在海峡中部和南部的风速相对CCMP和ERA资料较大;2)CCMP资料的风速偏差、风速均方根误差和风向均方根误差分别为-0.62m/s、1.67m/s和31度,NCEP分别为0.15m/s、1.64m/s和31度,ERA为-1.36m/s、2.4m/s和33度;整体来看,CCMP和NCEP资料比ERA资料更接近观测;3)在西南季风影响期以及风速较小时(风速≤10m/s)CCMP资料的风速可信度较高、NCEP资料的风速整体偏大;在东北季风影响期以及风速较大时(＞10m/s)NCEP资料的风速可信度较高、CCMP资料的风速整体偏小;4)三种资料的风向误差接近,风向误差5月＞7月＞9月＞12月,在低风速时(风速＜5m/s)风向误差较大.本文的结论可以为台湾海峡的海洋和大气科学研究选择合适的海面风场资料提供借鉴和参考.

摘要： 海上丝绸之路自秦汉时期开通以来,一直是中国与外国贸易往来和文化交流的海上大通道,推动了沿线各国的共同发展.海洋经济一直以来都是中国国民经济的重要组成部分,当前海洋经济在国民经济中比重已近10％.目前,沿海地区集聚了中国40％以上的人口,海上各类开发活动日益增多.到2020年,中国海洋生产总值占GDP比重预计将达到12.44％;到2030年,占比将进一步上升至15.49％.由航天宏图、河海大学和国防科技大学联合组成的研究小组，近年来一直致力于通过微波遥感监测技术进行台风等极端恶劣天气情况下海面风场的信息提取研究。采用微波遥感技术是因为微波可以穿透云层，而光学和红外波段由于云的影响，无法观测到台风过境期间的海面情况。越来越多的微波卫星被用于海洋的观测，目前国内外在轨的海洋卫星里面有超半数以上搭载的是微波遥感器。

摘要： 海面风浪是海洋动力过程中最基本和重要的海洋环境参数,机栽SAR是机动灵活探测获取区域海面风浪参数的有效手段.针对机载双频共面SAR对海探测特点,利用L/C双频共面SAR的L和C两个波段的地球物理模型函数和后向散射系数等信息,通过联立地球物理模型函数、构建和求解最小代价函数,直接从SAR数据本身反演出海面风速和风向.结合反演获取的海面风场、海浪谱模型与方向函数构造海浪初猜谱,根据海浪谱到C波段SAR图像谱的非线性变换关系,通过非线性方程的解算得到最适海浪谱,并采用交叉谱法去除海浪传播180°方向模糊.论文提出的机载双频共面SAR海面风浪反演方法,充分利用了机载双频SAR海洋环境探测优势,解决了传统SAR海面风浪参数反演中依赖外部背景场的问题,并通过机载同步飞行试验验证了该方法的有效性,可为机载双频共面SAR海面风浪探测业务化提供支持.

摘要： 全极化微波辐射计是一种新型的微波遥感器,在传统双极化微波辐射计的基础上,进一步提取观测目标的极化信息,获取了全部4个Stokes参数,从而提供了一种测量海面风场,尤其是海面风向的新手段.本文对直接相关型全极化微波辐射计系统进行了研究,介绍了系统的工作原理、总体方案,并重点对其中的关键技术及难点,提出了一种高精度极化接收技术方案,并通过试验验证,极化通道幅度一致性优于0.5dB,相位一致性优于0.5°,相关精度优于99％,最终系统获取的测温精度优于0.25K,能够满足海面风场探测对系统的要求.该项技术方案为我国首个星载全极化微波辐射计的在轨高精度应用提供了保障.

摘要： 受观测技术手段的局限，以往对广东沿海的海洋观测较少海岸带地区地处海陆交界区，天气系统复杂多变，造成离岸不同距离上站点的气象特征也有不同。为此，基于离岸不同距离上4个观测站的数据，对海岸带地区风的特征进行了研究。

摘要： 本文通过二维变分同化结合正则化方法,将QuickSCAT卫星数据与模式数据融合,获得了具有小尺度运动信息的南海海绵风场,为南海区域天气研究提供了有力的基础.为了检验融合效果，分别将QuickSCAT风场、模式风场、融合风场与独立观测站进行对比，结果表明，融合风场的均方根误差和平均偏差均小于融合前的两个风场，相关系数优于QuickSCAT风场，较低于模式风场。以一天的试验为例，融合风场既反映了大尺度的环流场，又包含QuickSCAT所具有的部分小尺度运动的信息。

摘要： 基于Howell法,SMB模型及最小二乘多波束理论,处理单基地高频地波雷达的实测回波数据,反演得到雷达探测海域风场信息.本文研究着重于整片海域的风场状况,分析风速分布情况与海风整体走向,并与气象浮标和气象站的同步测量结果作对比分析,不同于传统的定点对比实验,本文验证了高频地波雷达探测大范围海域的准确性及稳定性,证明高频地波雷达应用于海洋探测领域的可行性.

摘要： 广东省气象部门是国内首个开展高频地波雷达探测海面风场试验的气象部门.高频地波雷达可以对海洋环境进行全方位、多手段的立体监测,全天候地实时探测海洋海流、海浪及海风等海态信息.本文分析了阳江高频地波雷达在探测海面风场试验过程中,地波雷达天线场地、雷达站周边环境以及天气、电离层对雷达信噪比的影响,对天线场地的平整、加装反射网、地网等可提高雷达的信噪比.如果能进一步提高雷达的探测性能,提高信噪比,地波雷达将能更好地为海洋气象探测及海洋预报服务.

摘要： 现有的散射计观测不能同时满足应用在时间和空间分辨率上需求,需要利用多种风场资料生产混合风场产品来填补数据空白.本文介绍了NCEP FNL风场、微波散射计风场,使用高波数分析法结合散射计资料和模式再分析数据构建混合风场,分辨率达到6h、0.25°.

摘要： 本发明公开了一种双频雷达散射计及同时测量海面风场和流场的方法，所述双频雷达散射计包括天线单元、发射机单元和接收机单元；其中，所述天线单元采用窄波束圆锥扫描体制，用于实现旋转笔形波束扫描；所述发射机单元与接收机单元分别连接到天线上；所述发射机单元用于产生发射信号并将发射信号通过天线单元发射出去；信号到达探测目标返回后，由所述天线单元接收返回信号，然后传输到接收机单元，所述接收机单元接收来自不同观测方位角下的回波功率信号和多普勒信息。所述方法通过双频雷达散射计能够实现同时测量海面风场和流场。本发明的方法能够同时获取高精度、宽刈幅覆盖的全球海面风场和流场信息。

摘要： 本发明公开了一种海面风场的星上快速反演方法，所述方法包括：对星上微波散射计测量的数据进行处理，获得后向散射的归一化雷达截面积和相应的测量误差估计值；对后向散射的归一化雷达截面积，在星上预存的地球物理模型函数查找表进行查询，获得若干个风速‑风向候选解及其最大似然残差的集合；从若干个风速‑风向候选解中，基于圆中数滤波得到风速‑风向；将反演得到的包括风向和风速的风场数据从卫星下传至地面站。本发明的方法实现了微波散射计从观测到海面风场产品的星上处理流程，解决了传统链路观测和应用中存在的传输时间长的问题，实现海面风场实时观测。

摘要： 本发明公开了一种基于海面风场稳定度统计区划的风场遥感数据质量评估方法和装置，包括：建立风速区间划分模型和风向稳定等级分类模型；并对获取的实测风场数据和风场遥感数据进行时空匹配；计算实测风场数据的风向稳定系数；利用风速区间划分模型对实测风场数据进行风速区间划分；利用风向稳定等级分类模型对实测风场数据进行风向稳定等级划分；针对每个风向稳定等级包含的实测风场数据与对应的风场遥感数据，依据实测风场数据与风场遥感数据的相关性对风场遥感数据进行质量评估。该方法和装置准确地对风场遥感数据进行质量评估。

摘要： 本发明提供了一种星载SAR海面影像与网格化海面风场产品时空匹配方法。包括：获取SAR单视复图像和元数据文件；计算SAR单视复图像的DN(Digital Number)值；利用定标系数计算SAR单视复图像的后向散射系数(sigma0)；利用掩模数据掩模掉陆地数据；获取SAR成像时间前后两个时刻网格化海面风产品；解析匹配上的前后网格化海面风场产品的坐标和时间信息；利用插值方法将网格化海面风速和风向插值到SAR观测时刻；计算SAR影像内包含网格化海面风场产品的网格坐标；计算以网格坐标点为中心给定面元尺寸的SAR影像信息；重复上述时空匹配过程，逐一完成SAR影像内所有网格坐标的匹配工作；最后输出两类产品的时空匹配数集。该方法使得匹配成功的网格化风场产品与SAR影像产品具有唯一性。

摘要： 本发明公开了一种双频雷达散射计及同时测量海面风场和流场的方法，所述双频雷达散射计包括天线单元、发射机单元和接收机单元；其中，所述天线单元采用窄波束圆锥扫描体制，用于实现旋转笔形波束扫描；所述发射机单元与接收机单元分别连接到天线上；所述发射机单元用于产生发射信号并将发射信号通过天线单元发射出去；信号到达探测目标返回后，由所述天线单元接收返回信号，然后传输到接收机单元，所述接收机单元接收来自不同观测方位角下的回波功率信号和多普勒信息。所述方法通过双频雷达散射计能够实现同时测量海面风场和流场。本发明的方法能够同时获取高精度、宽刈幅覆盖的全球海面风场和流场信息。

摘要： 本发明公开了一种微波散射计获取海面风场针对降水影响的质量控制方法，该方法包括：根据风单元内的微波散射计观测数据计算最大似然参数MLE和二维变分风速目标函数因子Joss数值以及降水量数值；针对微波散射计观测刈幅边缘、中心和其他位置这三类风单元的MLE和Joss数值及降水量数值，分别确定每类风单元的MLE阈值和Joss阈值；并根据阈值对微波散射计观测数据进行标注，确定降水未影响的风单元；从中选取具有时空匹配浮标风场的风单元，判断风场风速与浮标差异是否大于业务运行要求，判断为是，进一步调整对应类别风单元的MLE阈值和Joss阈值；否则输出每个类别的MLE阈值和Joss阈值；并标注降水影响的风单元。

摘要： 适用于多空间分辨率海面风场的台风中心定位方法，涉及海洋监测技术领域，用于准确的获得台风或飓风的中心。适用于多空间分辨率海面风场的台风中心定位方法，其特征是，包括以下步骤：S1、将所述海面风场划分成若干的子风场；S2、建立每个所述子风场的模型风场U(r),S3、获取模型风场与卫星观测风场的均方根误差ind与相关系数ρ；S4、找出ind最小且ρ最大对应的子风场，该子风场即为台风的中心。有益效果是，利于准确获得台风的中心信息，利于多卫星智能组网使用。

摘要： 本发明涉及一种基于星载GNSS‑R/S一体化接收的海面矢量风场反演系统及方法。该系统包括：星载GNSS‑R/S一体化接收子系统，用于同时接收导航卫星对同一海面反射区域的反射信号和散射信号；GNSS‑R海面信息反演子系统，用于利用反射信号对所述海面反射区域的海面风场信息进行反演，输出风速和对应的观测角，作为风向反演的辅助信息；GNSS‑S双站雷达成像子系统，用于对所述海面反射区域的多个散射信号进行双站SAR成像与多视处理，获得多幅双站GNSS‑SAR图像和观测角；卷积神经网络，用于将所述海面反射区域的风速及对应的观测角、多幅双站GNSS‑SAR图像和观测角作为所述风向反演模型的输入，对风向进行反演。同时利用导航卫星的海面反射信号与多个海面散射信号，反演海面风速与风向信息。

摘要： 本发明涉及一种基于星载GNSS‑S雷达多维信息的大范围海面风场反演系统及方法。系统包括：星载GNSS‑S雷达，用于接收多颗导航卫星的大范围海面多维散射信号；GNSS‑S信号预处理模块，用于对多维散射信号进行预处理，采用数字波束形成方法恢复海面多个子波束区域的多维散射信号；双站SAR成像处理模块，用于对多个子波束区域的多维散射信号进行并行双站SAR成像处理、二维多视处理与归一化处理，获得多维GNSS‑S雷达图像；海面矢量风场反演模型，用于根据多维GNSS‑S雷达图像对多个子波束区域的海面矢量风场进行并行化反演。本发明可以同时反演海面的风速与风向，而且可实现大范围海面连续的矢量风场反演。

摘要： 本发明提供了一种考虑SAR幅相不平衡的全极化SAR海面风场反演方法及系统。该方法包括：根据全极化SAR系统失真矩阵，计算SAR幅相不平衡数据；计算SAR图像参数；根据SAR幅相不平衡数据和SAR图像参数，利用最小二乘法训练建立风场经验反演模型。本发明提供的考虑SAR幅相不平衡的全极化SAR海面风场反演方法及系统能够解决传统风场反演方法不考虑SAR幅相不平衡的问题。