HY-2A卫星校正微波辐射计数据用户手册

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海洋二号卫星A星海面亮温监测及应用

Special Reports 海面亮温监测及应用
图1 HY－2A卫星扫描微波辐射计Level－1B Swath亮温
受限于设计方法和结构，HY－2A卫星扫描微波辐射计冷空反射面小于主反射面，在冷空观测过程中，主反射器反射的地球信号不可避免地绕过冷空反射器进入观测馈源，对冷空观测带来一定的影响，从和发射后现场回归算法，前两种算法是用辐射传输理论进行推导的物理算法，第三种统计算法则是在不考虑物理意义的情况下，根据实测进行统计回归。

周武等[1]基于辐射传输模型，根据全球经验数据库，结合
图2 HY－2A卫星扫描微波辐射计海面温度
图3 HY－2A卫星扫描微波辐射计海面风速
图4 HY－2A卫星扫描微波辐射计大气水蒸气含量
图6 HY －2A 卫星海面温度融合产品在新闻节目中的应用展示
图7 2016年7月7日5:00和7月8日16:00 HY －2A 卫星
扫描微波辐射计37GHz －V 的亮温图
图5 融合后HY －2A 卫星扫描微波辐射计西北太平洋区域
海表温度分布
图 8 2012年11月10日HY－2A卫星观测到的
南北极海冰密集度。

HY_2雷达高度计和微波散射计_许可

收稿日期:2004-09-24;修订日期:2004-12-10作者简介:许可(1967-),男,研究员,主要从事微波遥感及信息处理方面的研究。

HY -2雷达高度计和微波散射计许　可,董晓龙,张德海,刘和光,姜景山(国家863计划微波遥感技术实验室,中国科学院空间科学与应用研究中心,北京　100080)摘要:海洋动力环境卫星(HY-2)是一种获取海洋动力环境信息的专用对地遥感卫星,计划中的我国第一颗海洋动力环境卫星(HY -2A )以微波遥感器为主,包括一台雷达高度计、一台微波散射计和一台多通道微波辐射计。

介绍HY -2雷达高度计和微波散射计的系统设计和主要技术指标。

关　键　词:HY-2;雷达高度计;微波散射计中图分类号:TP 732 文献标识码:A 文章编号:1004-0323(2005)01-0089-051　引　言HY-2是一种获取海洋动力环境信息的专用对地遥感卫星,计划中的HY -2A 的使命是监测和调查海洋环境,包括海面风场、浪场、海流、温度、海上风暴和潮汐等海况的重要参数,掌握灾害性海况预报,为国民经济建设和国防建设服务,为海洋科学研究提供实测数据。

HY-2A 设计的轨道高度为963～965km ,重复周期为14d 和168d 两种太阳同步、冻结轨道。

HY -2A 的遥感器以微波遥感器为主,星上载有一台雷达高度计、一台微波散射计、和一台多通道微波辐射计及与之配套的数据收集系统。

为适应高度计的精密定轨要求,星上还配备有精密跟踪、测轨的辅助相应仪器,包括激光反射器,GPS 星载系统等。

雷达高度计用来测量海面高度、有效波高及风速等海洋基本要素,为了进行大气补偿,星上还配了一台大气校正辐射计;微波散射计用来测量海面风矢量场、波谱。

本文将介绍雷达高度计、微波散射计的系统设计和主要技术指标。

2　HY-2雷达高度计2.1　雷达高度计的信号模型根据Brow n 在1977年的研究,证明了海面作为一个“粗糙”的散射表面,高度计平均返回波形用3项的卷积表示〔1〕:W (t )=P FS (t )*q s (t )*P V (t )(1)其中:W (t )是接收回波的平均功率(图1(d)所示);P FS (t )是平坦海面平均脉冲响应函数(图1(c)所示);q s (t )是海面镜像点概率密度函数(图1(b )所示);P V (t )是雷达系统点目标响应函数(图1(a )所示)。

我国海洋二号卫星微波散射计数据处理软件设计

我国海洋二号卫星微波散射计数据处理软件设计林溢园;邹巨洪;何原荣;林明森【期刊名称】《海洋通报》【年(卷),期】2016(035)004【摘要】我国第一颗海洋动力环境(HY-2)卫星于201 1年8月16日发射上天,HY-2卫星微波散射计数据处理软件是用于生产海面风场矢量的软件,其作用是输入HY-2卫星经过预处理的散射计数据和辅助数据,进行时间标识、波束定位、几何参数计算、后向散射系数(σo)与辐射测量精度(Kp)系数计算、面元匹配、大气校正、海面风场反演等处理,输出具有固定格式的各级数据产品和/或图像产品.主要介绍该软件的结构设计、数据处理流程、接口设计和设计说明,该设计已经用于业务系统研发,软件处理的产品精度经过与浮标的比较,达到了预期的风速误差小于2 m/s、风向精度小于20°的要求,证明了该设计的正确性.【总页数】6页(P443-448)【作者】林溢园;邹巨洪;何原荣;林明森【作者单位】北京航空航天大学软件学院,北京100191;国家卫星海洋应用中心,北京100081;国家卫星海洋应用中心,北京100081;国家海洋局空间海洋遥感与应用重点实验室,北京100081;厦门理工学院,福建厦门361024;国家卫星海洋应用中心,北京100081;国家海洋局空间海洋遥感与应用重点实验室,北京100081【正文语种】中文【中图分类】TP79【相关文献】1.海洋二号卫星微波散射计系统设计与应用 [J], 王小宁;刘丽霞;陈文新2.海洋二号卫星微波散射计数据预处理技术研究 [J], 张毅;林明森;宋清涛;解学通;邹巨洪3.海洋二号卫星微波散射计自然扩展目标在轨定标 [J], 朱金台;董晓龙;王磊4.海洋二号卫星微波散射计在轨信号处理设计与实现方法 [J], 金阿鑫;牛亚莉;王小宁;刘丽霞;段崇棣;陈文新5.海洋二号有效载荷微波散射计数据处理系统的设计 [J], 朱素云;刘浩;董晓龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

HY-2A卫星大气校正微波辐射计在轨数据定标和检验研究

ＡＣＭＲ分系统主要性能指标见表１。其中，３路观测信号共用同一副抛物面天线。观测天线口径
９２０￣１０ｍｍ，天线净增益≥ ４２ｄＢｉ，天线旁瓣电平抑制≥ ２０ｄＢ，天线交叉极化隔离度／＞２０ｄＢ。
【收稿日期】２０１３ — ０４ — ２２
观测天线３７．０ＧＨｚ通道电轴指向平行于安装
【作者简介】王振占（１９６９一），男，河北青龙县人，博士，研究员，博士生导师，主要研究方向为微波遥感新技术及应用技术；
Ｅ — ｍａｉｌ：ｗａｎｇｚｈｅｎｚｈａｎ＠ｍｉｒｓｌａｂ．ｃｎ
接收机入口的天线温度通过实时点定标来
得到Ⅲ
ＴｃＶＨ－Ｔ．Ｖｃ
—
面，与＋ｚ轴有固定夹角，角度偏向＋方向≤ ２．５。；观
测天线２３．８ＧＨｚ通道电轴指向平行于安装面，与＋ｚ轴有固定夹角，角度偏向方向≤２．５。；定标天线电
的微波辐射仪（ＪＭＲ）进行了匹配比较，结果表明一致性良好。
［关键词】ＨＹ－２Ａ；ＡＣＭＲ；定标和检验
【中图分类号】ＴＰ７３２．１［文献标识码】Ａ【文章编号】ｌ００９ — １７４２（２０１３）０７－００４４－０９
Ｉｌ１＿！、．－Ｉｌ８７ＧＨｚ接收机｝＿ — ／。回Ｌ＝：．

HY-2卫星扫描微波辐射计数据反演北极海冰漂移速度

ＨａｉｙａｎｇＸｕｅｂａｏ，２０１７，３９（９）：１１Ｏ一１２０，ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３ — ４１９３．２０１７．０９．０１１
ＨＹ－２卫星扫描微波辐射计数据反演北极海冰漂移速度
１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－４１９３．２０１７．０９．０１１
ＷａｎｇＬｉｙａ，ＨｅＹｉｊｕｎ，ＺｈａｎｇＢｉａｏ，ｅｔａ１．ＲｅｔｒｉｅｖａｌｏｆＡｒｃｔｉｃｓｅａｉｃｅｄｒｉｆｔｕｓｉｎｇＨＹ－２Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｃａｎｎｉｎｇｍｉｃｒｏｗａｖｅｒａｄｉｏｍｅｔｅｒｄａｔａ［Ｊ］・
南半球漂移方向为风向左侧，在强潮流区，因有风力和潮流共同作用，海冰漂移更加复杂。北极海冰漂移
收稿日期：２０１６ — １０ — １１；修订日期：２０１６ — １２０２。
基金项目：国家自然科学基金（４１５７６１７３，４１６２０１０４００３）；国家自然科学基金青年科学基金项目（４１６０６２０１）；江苏省优势学科二期。作者简介：王利５￣Ｉ［（１９９３），女，内蒙古自治区巴彦淖尔市人，主要从事遥感反演北极海冰漂移速度研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｌｉｙａ７＠１６３．ｃｏｍ＊通信作者：张彪，教授，主要从事海洋微波遥感、海洋数值模拟与同化研究。Ｅｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｂｉａｏ＠ｎｕｉｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ

海洋二号卫星微波辐射计系统设计

采用外转子和冷空反射天线设计的辐射计系统，采用的直接微波检波技术也是第一次在轨应用。系
统设计中主要考虑的是天线、通道、扫描驱动和数
字处理之间的关系，解决了其中的关键问题，卫星于２０１１年８月１６Ｈ成功发射。ＨＹ．２Ａ卫星微波辐射计得成功研制和发射，为我国后续的星载微波辐
得出了主波束效率的概念，也就是说微波辐射计天线设计的主旨是尽可能接收来自天线主瓣范围内
冷空反射器辐射方向图上，形成了寄生辐射。由于主反射器电轴指向地球，形成冷空定标天线的对地旁瓣，从而影响冷空定标的精度。
的能量，尽量降低接收旁瓣能量，主波束效率的定
３天线设计
３．１天线波束效率
３．２冷空天线
微波辐射计系统通常采用冷空背景作为在轨定标的低端场景，实际应用采用不同焦距的两幅反射器实现，当馈源喇叭扫描进入到焦距较短的冷空反射器覆盖区域后形成冷空照射波束，如图２所示，此时主反射器正好位于冷空反射器背面，由于漏射和边缘绕射的原因，馈源辐射的能量没有被冷空反
通道和配平设计进行了介绍。【关键词】微波辐射计；系统设计；天线；微波通道【中图分类号】Ｖ４４３＋．５［文献标识码】Ａ【文章编号】１００９ — １７４２（２０１３）０７ — ００３９ — ０５
义见公式（１）。

HY-2A卫星雷达高度计测高误差校正和海陆回波信号处理技术研究

HY-2A卫星雷达高度计测高误差校正和海陆回波信号处理技术研究雷达高度计是一种主动式的微波遥感器,它通过向海面发射电磁波和接收地面返回的回波,测量卫星至海面的高度、有效波高和后向散射系数,通过后向散射系数可以反演海面风速。

利用雷达高度计测得的数据可以进一步用于海洋重力异常、大地水准面、海面地形、海底地形、海洋潮汐、风浪和海洋动力学的研究。

随着技术的发展,雷达高度计测得的数据不仅可以用于海洋研究,还可以用于内陆水域水位变化、陆地动力学、海冰厚度变化、冰川质量平衡和异常气候影响等方面研究。

为了满足科学研究和应用的需求,卫星雷达高度计的测量结果需要达到很高的精度,这对雷达高度计工作体制、系统设计及数据处理技术等各方面都提出了非常高的要求,而雷达高度计的测高误差校正和回波信号处理技术是雷达高度计数据处理技术的重要组成部分,对于提高雷达高度计测量精度具有重要意义。

海洋二号A星(HY-2A)雷达高度计是我国第一个星载雷达高度计,自2011年在轨运行以来,积累了大量的观测数据,对这些数据进行分析、定标、建模及应用是卫星工程的目标。

本文围绕HY-2A雷达高度计的测高误差、海陆回波特性分析及处理等方面开展了系统深入的研究工作,对HY-2A雷达高度计数据进行了再处理,对处理的海面高度和有效波高数据进行了评估,并开展了初步的应用研究。

本文的主要工作和创新点概括如下:(1)以四阶Stokes波理论为基础,论证了海浪波周期和海况偏差的关系,在此基础上将ECMWF再分析数据集ERA-interim的平均波周期引入高度计海况偏差估计,提出了一种基于交叉点数据和三维非参数模型的海况偏差估计方法。

和传统的基于风速和有效波高的二维海况偏差估计相比,该方法能提高1.15 cm的海面高度产品精度。

(2)在海况偏差的估计算法中,提出了一种改进的局部线性回归估计器,改进后的算法降低了时间复杂度,时间复杂度由O(n2)降低到O(n)。

(3)采用星下点交叉方法对HY-2A雷达高度计两个频段的时标偏差进行估计和校正,将校正后的结果应用于HY-2A雷达高度计双频电离层校正中,有效地提高了HY-2A雷达高度计双频电离层校正的精度。

HY-2B 散射计风场产品用户手册说明书

HY-2B 散射计风场产品用户手册国家卫星海洋应用中心（NSOAS）2019年1月30日目录1 概述 (3)2 HY-2B卫星微波散射计 (3)3 风场反演处理 (4)4 风场产品介绍 (6)4.1 风场定义 (6)4.2 文件命名 (7)4.3 文件格式 (7)4.3.1 头文件 (8)4.3.2 数据 (10)1概述HY-2B卫星于2018年10月25日在太原卫星发射中心成功发射。

HY-2B卫星是HY-2A卫星的后续星，也是海洋动力环境卫星系列的第一颗业务星。

HY-2B卫星搭载了一台Ku波段微波散射计（HSCAT-B），主要用于全球海面风场测量。

HY-2B卫星地面数据处理系统由国家卫星海洋应用中心（NSOAS）负责建设和管理。

HY-2B卫星微波散射计的25km沿轨网格风场产品（L2B级数据）面向全球用户分发。

欢迎广大数据用户能够及时反馈遇到的问题，以便于国家卫星海洋应用中心进一步提高数据产品质量和服务。

同时，国家卫星海洋应用中心要求数据用户在公开发表物中致谢，并希望能收到使用该数据制作的公开发表物复印件。

2HY-2B卫星微波散射计HY-2B卫星采用太阳同步轨道，轨道高度980km，轨道倾角99.3°。

HY-2B卫星的轨道参数如下表所示。

表1 HY-2B卫星轨道参数HY-2B卫星微波散射计采用笔形波束圆锥扫描体制，具有内/外两个波束，内波束为HH极化，入射角41.4°，外波束为VV极化，入射角48.5°。

内/外波束共用一个抛物面，天线转速为95rpm，天线足印约为25km×32km。

通常情况下，一个风单元有内波束前视、内波束后视、外波束前视和外波束后视四次观测。

3风场反演处理HY-2B卫星微波散射计风场反演的处理流程如下图所示。

首先，根据星下点轨迹进行风单元划分，风单元大小为25km×25km。

然后，将微波散射计的后向散射系数数据分别按照内波束和外波束的视向进行平均，并进行风单元匹配(Zhang et al., 2018)。

HY-2A微波散射计风场反演算法

跃因子和海洋动力学的基本参数，在提高全球大气、海洋动力学预报模式的准确性等研究中有着重
要的价值，。同时，海面风矢量是影响航海、海上
国第一个试验用星载散射计，２０１１年８月发射了海
洋二号（Ｈ１Ｙ＿２Ａ）卫星，搭载有我国首个可业务化运
ＳＣＡＴ工作频率为１３．２５６ＧＨｚ，采用笔形波束圆锥
【收稿日期】２Ｏｌ３一Ｏ３ — ２９
４１１０６１５２）；中国高技术研究发展计划（８６３计划）重点项目资助（２００７ＡＡ０９２２０１；２００８ＡＡ０９Ａ４０３）；【基金项目】国家自然科学基金项目资助（卫星海洋环境动力学国家重点实验室开放研究基金资助（ＳＯＥＤ１１０３）；国家海洋局青年海洋科学基金资助（２Ｏｌ１４１４）；海洋公益项目自主海洋动力环境卫星微波遥感处理技术研究示范资助（２０１１０５０３２）；海洋公益项目ＨＹ－２Ａ￣＿星海洋动力环境探测数据应用服务技术系统与示范资助（２０１３０５０３２）１９６３一），男，福建莆田市人，博士，研究员，主要从事海洋遥感研究；Ｅ — ｍａｉｌ：ｍｓｌｉｎ＠ｍａｉｌ．ｎｓｏａｓ．ｇｏｖ．ｃｎ【作者简介】林明森（
作业、渔业生产等的主要因素，是优化航线、航路保证、避免台风、搜索和救援工作的关键，因此，海面

海洋二号扫描微波辐射计冷空定标和地球物理参数反演研究

污染问题进行了修正。图１描述了获得的地面特性与冷空计数值变化关系，图１中冷空观测基于地面特性的描述，分为逻辑高和逻辑低两种，其中逻辑高代表陆地或者冰
冷空观测序列
图１冷空观测值电压计数值序列图
【收稿日期】２０１３－０４－２２【基金项目】海洋公益项目（２０１１０５０３２，２０１３０５０３２）
【作者简介】周
武（１９８２一），男，湖北云梦县人，助理研究员，从事海洋微波辐射计反演研究；Ｅ — ｍａｉｌ：ｚｈｏｕｗｕ＠ｍａｉｌ．ｎｓｏａｓ．ｇｏ￣ｃｎ
【摘要】本文研究了海洋二号（Ｈ２Ａ）扫描微波辐射计冷空定标方法和数据反演算法。针对ＨＹ＿２Ａ扫描微
波辐射计对地观测和定标扫描的设计原理和观测几何，基于微波辐射计的对地观测数据修正进入冷空反射器的地球信号，建立地面观测亮温的冷空反射器权重系数矩阵修正冷空观测信号；基于海面温度、海面风速、水汽含量和云液态含量的微波辐射计辐射传输模型，计算ＨＹ＿－２Ａ扫描微波辐射计不同条件下的各频率极化方式下的理论亮温，建立线性回归模型，拟合不同地球物理参数的反演系数，采用多元线性回归算法反演ＨＹ＿－２Ａ微波扫描辐射计地球物理参数，对比国外成熟微波辐射计数据，得到产品精度。【关键词】扫描微波辐射计；多元线性回归；星星交叉；冷空定标【中图分类号】Ｖ４４１【文献标识码】Ａ【文章编号】１００９ — １７４２（２０１３）０７ — ００７５ — ０６

HY-2卫星扫描微波辐射计数据反演北极海冰漂移速度-HaiyangXuebao

第39卷第9期海洋学报V o l .39,N o .92017年9月H a i y a n g Xu e b a o S e pt e m b e r 2017王利亚,何宜军,张彪,等.H Y -2卫星扫描微波辐射计数据反演北极海冰漂移速度[J ].海洋学报,2017,39(9):110-120,d o i :10.3969/j.i s s n .0253-4193.2017.09.011W a n g L i y a ,H eY i j u n ,Z h a n g B i a o ,e t a l .R e t r i e v a l o fA r c t i c s e a i c e d r i f t u s i n g H Y -2S a t e l l i t e s c a n n i n g mi c r o w a v e r a d i o m e t e r d a t a [J ].H a i y a n g X u e b a o ,2017,39(9):110-120,d o i :10.3969/j.i s s n .0253-4193.2017.09.011H Y -2卫星扫描微波辐射计数据反演北极海冰漂移速度王利亚1,何宜军1,张彪1*,刘保昌1(1.南京信息工程大学海洋科学学院,江苏南京210044)收稿日期:2016-10-11;修订日期:2016-12-02㊂基金项目:国家自然科学基金(41576173,41620104003);国家自然科学基金青年科学基金项目(41606201);江苏省优势学科二期㊂作者简介:王利亚(1993 ),女,内蒙古自治区巴彦淖尔市人,主要从事遥感反演北极海冰漂移速度研究㊂E -m a i l :w a n g l i ya 7@163.c o m *通信作者:张彪,教授,主要从事海洋微波遥感㊁海洋数值模拟与同化研究㊂E -m a i l :z h a n gb i a o @n u i s t .e d u .c n 摘要:本文基于最大互相关法,利用海洋二号(H Y -2)卫星扫描微波辐射计37G H z 通道多时相垂直极化亮温数据,获取了北极海冰漂移速度㊂采用2012年和2013年国际北极浮标计划海冰现场观测数据,对利用微波辐射计亮温资料反演的冬季北极海冰漂移速度进行了定量验证,结果表明:流速和流向均方根误差分别为1.12c m /s 和16.37ʎ,从一定程度上说明了H Y -2卫星扫描微波辐射计亮温数据反演海冰漂移速度的可行性㊂此外,使用美国国防气象卫星F -17搭载的专用微波成像仪91G H z 通道垂直极化亮温,采用高斯拉普拉斯滤波方法进行处理,结合最大互相关法反演的海冰漂移速度,优于法国海洋开发研究院海冰漂移速度产品㊂关键词:最大互相关法;微波辐射计;北极海冰漂移速度中图分类号:P 731.15;T P 79文献标志码:A文章编号:0253-4193(2017)07-0110-111 引言海冰在极地以及全球气候系统中扮演着重要角色,它作为隔离层影响着海洋大气的热量动量传输,且其冻融过程在全球热盐环流中对淡水通量有一定的影响[1 2]㊂海冰是海洋活动的主要威胁,为了保证航行安全需要了解海冰状况,同时海冰漂移也是沉淀物和污染物传输的重要组成部分[2 3]㊂海冰漂移是由风和海表面流共同驱动的,短期移动由天气系统主导,长期移动需要考虑海流[4]㊂在弱潮流区,由风驱动的海冰漂移速度大小约是风速的1/50,且在北半球漂移方向为风向右侧30ʎ~40ʎ,在南半球漂移方向为风向左侧,在强潮流区,因有风力和潮流共同作用,海冰漂移更加复杂㊂北极海冰漂移的主要特征是从西伯利亚海岸经过北极点传输到弗拉姆海峡的穿极漂流和波弗特海域的反气旋式移动[4]㊂由于极地环境恶劣,获取实测资料非常困难,建立极地科考站㊁利用潜艇或船只㊁放置漂流浮标等可以收集海冰数据,但这些方法只能得到小面积的海冰信息㊂随着航空航天技术的发展,利用卫星遥感手段能够有效收集大面积的海冰信息,其中就包括海冰的漂移速度㊂反演海冰漂移速度使用的资料主要来自于微波辐射计[4 12]㊁微波散射计[2 4,13]㊁雷达[14 22]㊁光学传感器[23]等㊂国内外学者已经开展了多种遥感资料反演海冰漂移速度的研究㊂N i n n i s 等[5]首先将最大互相关(M a x i m u m C r o s sC o r r e l a t i o n ,M C C )方法应用于甚高分辨率辐射计(A d v a n c e dV e r y H i g hR e s o l u t i o n R a d i o m e t e r,A V H R R)数据,自动地反演了波弗特海域海冰漂移速度,证明了M C C方法可有效反演海冰漂移场,但没有去除空间不连续的速度矢量㊂随后的一些研究将此方法应用于高分辨率㊁全天候的合成孔径雷达图像对,成功绘制了移动大且旋转小的海冰的流动图[17,22]㊂K w o k等[24]利用地球物理学处理系统反演海冰移动信息,该系统混合了基于特征和基于区域的图像匹配算法,不仅很好计算了旋转小的浮冰中央区域,也有效反演了变化复杂的海冰边缘移动信息㊂E m e r y等[7]为了有效去除空间不连续的海冰漂移速度,将M C C方法与空间滤波技术相结合,利用A V H R R数据反演了北极弗拉姆海峡海冰速度,但是A VH R R数据受云污染有空间缺口㊂黄润恒等[8]处理A V H R R资料得到辽东湾海冰表观位移的空间分布,指出选取模板时利用人机交互式特征跟踪比计算机自动跟踪更能反映流冰位移的实际情况,减小了匹配错误的概率,此方法对空间分辨率高的资料有效㊂A g n e w等[25]证明了专用微波成像仪(S p e c i a l S e n s o rM i c r o w a v e I m a-g e r,S S M/I)85G H z亮温数据可以反演全北极海冰漂移信息㊂L i u和C a v a l i e r i[10]及Z h a o等[26]先后用S S M/I85G H z亮温数据和散射计数据通过二维高斯小波变换法获得了南北极海冰漂移速度,为海冰信息反演提供了新的方法㊂K w o k等[9]首次证明S S M/I37G H z频段数据也能够反演海冰移动,这对只有低频段的扫描多通道微波辐射计(S c a n n i n g M u l t i c h a n n e l M i c r o w a v e R a d i o m e t e r,S MM R)和H Y-2卫星扫描微波辐射计研究有意义㊂由于资料分辨率低,获得的速度场稀疏㊂孙鹤泉等[18],邵若莉等[19]分别使用航海雷达利用M C C方法反演了我国渤海海冰漂流场,对我国海冰观测与预报很重要㊂吴龙涛等[23]用中分辨率成像光谱仪(M o d e r a t e R e s o l u t i o n I m a g i n g S p e c t r o r a d i o m e t e r,MO D I S)资料反演渤海冰漂移场,并研究其与海面风速和流速关系,弥补了局地㊁单点海冰观测的局限性㊂G i-r a r d-A r d h u i n和E z r a t y[4]结合散射计和辐射计数据,反演了融合的海冰漂移场,提高了位移估计的可靠性,获得更密集的海冰漂移场,为海冰漂移研究提供了新思路㊂本文首次使用H Y-2卫星扫描微波辐射计37 G H z垂直极化亮温,用M C C方法获得了北极海冰漂移速度场,并与浮标测得的海冰移动速度和方向一致,说明了H Y-2卫星扫描微波辐射计在探测海冰漂移方面的可行性㊂为解决速度稀疏问题,减小模板移动间隔,且在实验过程中发现,使用高斯拉普拉斯滤波技术可以得到密集度较大的速度场㊂2数据和方法2.1卫星与现场观测数据2011年8月发射的H Y-2卫星是我国第一颗海洋动力环境卫星,集主㊁被动微波遥感器于一体,具有高精度测轨㊁定轨能力与全天时㊁全天候㊁全球连续探测能力,能够实现全球海洋高精度㊁多要素同步测量㊂H Y-2卫星搭载着微波散射计㊁雷达高度计㊁扫描微波辐射计和校正微波辐射计以及D O R-I S㊁双频G P S和激光测距仪㊂其中扫描微波辐射计可以用于极区海冰监测,它有5个频段,分别是6.6 G H z㊁10.7G H z㊁18.7G H z㊁23.8G H z和37G H z,除了23.8G H z只有垂直极化方式,其余4个频段都有垂直和水平极化两种方式,传感器扫描刈幅大于1600k m,灵敏度在37G H z频段优于0.8K,其余频段优于0.5K[27]㊂本文使用的数据包括国家卫星海洋应用中心提供的H Y-2卫星扫描微波辐射计37G H z网格化亮温数据,是在L e v e l2A产品基础上,经过平均处理获得的L e v e l3级亮温产品,分辨率为25k m[28]㊂垂直极化与水平极化相比,不易产生极化电流,从而避免能量大幅衰减,因此仅使用垂直极化资料㊂辐射计数据覆盖全北极,且不受光照影响,雷达和光学传感器虽然分辨率高,但观测范围小,且光学传感器因光照限制,不能全天时观测㊂美国冰雪中心(N a t i o n a l S n o w a n d I c eD a t aC e n t e r,N S I D C)提供了海冰密集度㊁经纬度㊁陆地㊁海岸线㊁国际北极浮标计划(I n t e r n a t i o n a l A r c t i c B u o y P r o g r a m,I A B P)每日浮标海冰移动数据㊁海冰漂移速度反演数据,目前可获得的2012年和2013年N S I D C海冰漂移速度,是用相邻两天专用微波成像仪(S p e c i a l S e n s o rM i c r o w a v e I m a g e r/S o u n d e r, S S M I S)91G H z水平和垂直极化㊁37G H z水平和垂直极化亮温分别反演海冰移动,融合后得到的每日产品,当低频与高频亮温反演的海冰漂移速度位于同一经纬度时,舍去低频亮温反演结果㊂除了浮标数据,其余数据分辨率均为25k m㊂法国海洋开发研究院(F r e n c hR e s e a r c h I n s t i t u t e f o r E x p l o i t a t i o n o f t h e S e a, I F R E M E R)由S S M I S91G H z垂直极化亮温反演的间隔6d北极海冰漂移速度产品,分辨率为62.5k m㊂1119期王利亚等:H Y-2卫星扫描微波辐射计数据反演北极海冰漂移速度2.2 研究方法2.2.1 高斯拉普拉斯滤波在反演海冰漂移速度前,使用高斯拉普拉斯(L a pl a c i a n o fG a u s s i a n ,L O G )算子与亮温图像进行滤波运算㊂L O G 算子来源于M a r r 视觉理论中提出的边缘提取思想[29],即先对原始图像作高斯平滑处理,最大程度抑制噪声,再求其拉普拉斯二阶导数的零交叉点获得图像或物体边缘[30]㊂设原图像为f (x ,y ),通过卷积运算和拉普拉斯算子,得到输出图像:h (x ,y )=Ñ2(G (x ,y ) f (x ,y )),(1)式中,G (x ,y )=12πσ2e -x 2+y 22σ2是高斯滤波器,σ是高斯函数的空间分布系数;Ñ2是拉普拉斯运算,因为在线性系统中微分与卷积的次序可交换,因此:h (x ,y )=Ñ2G (x ,y ) f (x ,y )=1πσ4(x 2+y 22σ2-1)e -x 2+y 22σ2 f (x ,y ),(2)式中,Ñ2G (x ,y )=1πσ4(x 2+y 22σ2-1)e -x 2+y 22σ2被称为L O G 算子㊂2.2.2 最大互相关法利用一组连续的亮温图像和M C C 方法计算海冰的位移,用位移除以时间间隔即为海冰的漂移速度㊂大小为M ˑN 的两个函数f (x ,y )和h (x ,y )的相关系数定义如下[31]:r =f (x ,y ) h (x ,y )=1MN M -1m =0 N -1n =0f *(m ,n )h (x +m ,y +n ),(3)式中, 表示相关;f *表示f 的复共轭,一般处理的是实函数,即f *=f ㊂根据相关定理,公式(3)可表示为:f (x ,y ) h (x ,y )⇔F *(u ,v )H (u ,v ).(4) 通过公式(4)计算相关系数,对f 进行傅里叶变换并取其复共轭得到F *(u ,v ),对h 进行傅里叶变换得到H (u ,v ),结果相乘并进行傅里叶逆变换即得到相关系数f (x ,y ) h (x ,y )㊂一般认为相关系数|r |<0.3为低度相关,0.3ɤ|r |ɤ0.8为中度相关,0.8<|r |ɤ1为高度相关[32]㊂2.2.3 海冰漂移速度反演利用分辨率为25k m 的D 天和D +14天的H Y -2卫星扫描微波辐射计37G H z 垂直极化网格化亮温反演海冰漂移速度,为使待探测速度的最小值约为2c m /s ,选取时间间隔为14d㊂经过多次实验确定下列设定值,反演步骤如下:首先,读取D 天和D +14天网格亮温,并将亮温矩阵转变为灰度级矩阵;第二,对灰度矩阵进行11ˑ11像素高斯拉普拉斯滤波,平滑图像噪声并锐化图像边缘;第三,在D 天图像中选取模板,模板大小为11ˑ11像素,为使速度场分辨率较高,间隔2个像素移动模板,因亮温数据分辨率为25k m ,海冰漂移速度场分辨率即为50k m ㊂计算模板与D +14天图像对应区域(D 天图像中模板的位置向四周扩大9个像素区域)的相关系数,求出最大相关系数,如果最大相关系数大于0.6,其位置即为匹配点,如果最大相关系数小于0.6或有两个(及以上)的最大值,说明没有找到匹配点或匹配无效,不再参与下面的速度计算㊂利用模板中心和匹配点经纬度信息计算海冰位移,除以时间间隔14d,得到海冰漂移速度;第四,因14d 内海冰密集度变化小,利用D 天海冰密集度资料去除海冰密集度小于15%的区域的海冰漂移速度,并进行陆地掩膜和海岸线掩膜㊂第五,速度场的空间一致性控制在35ˑ35像素区域,可有效去除在海冰密集度小或者靠近陆地的杂乱速度㊂在35ˑ35区域内,速度大小和方向应没有很大的偏离值,选出海冰速度大小与平均值的偏差超过两倍标准差的测定值,设为无效值,速度方向同理㊂3 结果与验证利用2013年10月24日至12月29日期间H Y -2卫星扫描微波辐射计37G H z 垂直极化亮温数据,通过M C C 法计算了该时间段内间隔14d 北极海冰漂移速度,并与14d 平均I A B P 浮标数据比较(对于每一个浮标,选择距之25k m 内最近的反演海冰漂移速度进行匹配),得到基本一致的结果,如表1和图1所示,本次共获得497组匹配数据,用卫星数据反演和浮标测量的海冰漂移速度的均值分别为5.92c m /s和6.21c m /s ,方向的均值分别为171.57ʎ和163.51ʎ,相差小;两者速度大小偏差的均值为-0.29c m /s ,均方根误差为2.43c m /s,相差很小,两者速度方向偏差的均值为12.92ʎ,均方根为24.26ʎ,说明了H Y -2卫星扫描微波辐射计亮温资料可有效反演间隔14d 北极海冰漂移速度㊂图1中存在浮标速度明显大于反演速度的数据点,大部分位于格陵兰岛东侧,由于与211海洋学报 39卷北极中央区域相比,这里的冰面积小,但数据分辨率不高,模板面积大,匹配就不准确㊂考虑到其他海冰漂移反演研究没有去除这部分数据,所以在计算速度均方误差时没有将这些点排除在外㊂表1H Y-2卫星扫描微波辐射计37G H z垂直极化亮温反演的2013年10月24日至12月15日,时间间隔14d北极海冰漂移速度大小和方向分别与浮标的比较T a b.1C o m p a r i s o nb e t w e e n14-d a y l a g sA r c t i c s e a i c e d r i f t r e t r i e v e d f r o m H Y-2S a t e l l i t e s c a n n i n g m i c r o w a v e r a d i o m e t e r37G H z v e r t i c a l p o l a r i z e d b r i g h t n e s s t e m p e r a t u r e a n d b u o y d u r i n g O c t o b e r24t h t oD e c e m b e r15t h,2013海冰漂移速度大小/c m㊃s-1海冰漂移速度方向/(ʎ)平均值偏差均值均方根误差平均值偏差均值均方根误差时间间隔数据量数据漂移起始时间5.92-0.292.43171.5712.9224.266.21--163.51--14497H Y-2卫星浮标2013年10月24日至2013年12月15日图1 H Y-2卫星扫描微波辐射计37G H z垂直极化亮温反演的2013年10月24日至12月15日期间间隔14d北极海冰漂移速度大小和方向分别相对于浮标的测量速度大小和方向F i g.114-d a y l a g sA r c t i c s e a i c e d r i f t r e t r i e v e d f r o m H Y-2S a t e l l i t e s c a n n i n g m i c r o w a v e r a d i o m e t e r37GH z v e r t i c a l p o l a r i z e d b r i g h t n e s s t e m p e r a t u r e v e r s u s b u o y i c e s p e e d a n d i c e d r i f t d i r e c t i o n r e s p e c t i v e l y d u r i n g O c t o b e r24t h t oD e c e m b e r15t h,2013为了展示在反演海冰漂移速度前对亮温资料进行滤波的必要性,且说明高斯-拉普拉斯滤波的效果优于I F R E M E R使用的拉普拉斯滤波加中值滤波,图2绘制了H Y-2卫星扫描微波辐射计网格化亮温数据经过高斯-拉普拉斯滤波(图2a)㊁没有经过滤波(图2b)和经过拉普拉斯滤波加中值滤波(图2c)后反演得到的2013年11月19日至12月3日间隔14d海冰漂移速度,图中黑色箭头为14d平均I A B P浮标海冰漂移速度㊂对比图2a㊁图2b和图2c,明显看出亮温数据经过高斯-拉普拉斯滤波处理后得到的速度场密度最大,其次为经过拉普拉斯滤波加中值滤波处理后得到的速度场,最差的是没有经过滤波处理得到的速度场,因为高斯-拉普拉斯滤波结合了高斯平滑滤波器和拉普拉斯锐化滤波器,先平滑掉噪声,再进行边缘检测,效果更好,因此反演海冰漂移速度前,有必要进行高斯-拉普拉斯滤波处理㊂图2a中还可以看到北极海冰运动的两个主要特征:靠近加拿大的波弗特海中顺时针旋转的海冰运动,与由欧亚大陆穿越北极中心区域通过弗拉姆海峡沿着格陵兰岛东侧流向大西洋方向的穿极漂流㊂反演速度的最小值为2.07c m/s,最大值为18.92c m/s,平均值为7.90c m/s,符合海冰漂移速度的典型值5~10c m/s[5]㊂但是反演结果仍存在一些问题,在靠近陆地的海域,亮温信号受陆地污染严重,因此去除陆地周围50k m内的速度;由于北极点附近亮温数据缺测,该区域海冰漂移速度缺失;由于亮温数据分辨311 9期王利亚等:H Y-2卫星扫描微波辐射计数据反演北极海冰漂移速度率低,靠近陆地区域以及弗拉姆海峡海冰漂移速度稀疏㊂图2 H Y -2卫星扫描微波辐射计亮温反演的2013年11月19日至12月3日北极海冰漂移速度F i g .2 A r c t i c s e a i c e d r i f tm a p f r o m H Y -2S a t e l l i t e s c a n n i n g m i c r o w a v e r a d i o m e t e r b r i g h t n e s s t e m pe r a t u r ef o r m N o v e m b e r 19t h t o D e c e m b e r 3r d ,2013a .经过高斯-拉普拉斯滤波;b .没有滤波;c .经过拉普拉斯滤波加中值滤波;黑色箭头代表浮标测量海冰移动速度a .A p p l y aG a u s s -L a p l a c i a n f i l t e r ;b .a p p l y n o f i l t e r ;c .a p p l y aL a pl a c i a n f i l t e r a n dm e d i a n f i l t e r ;b l a c k v e c t o r s i n d i c a t e t h e i c e v e l o c i t y i n f e r r e d b y b u o ys 为了进一步证明H Y -2卫星扫描微波辐射计亮温数据反演北极海冰漂移的能力,并验证高斯-拉普拉斯滤波的优越性,使用2012和2013年冬季(1-3月下旬,10月下旬至12月)H Y -2卫星扫描微波辐射计37G H z 垂直极化亮温数据㊁S S M I S37G H z 垂直极化亮温数据和S S M I S91G H z 垂直极化亮温数据分别计算间隔14d 北极海冰漂移速度,读取同时段I F R E M E R 利用S S M I S 91G H z 垂直极化亮温数据反演的间隔6d 海冰漂移速度产品,将两个日期首尾相连的数据平均,得到间隔12d 海冰漂移速度㊂将所得的4种海冰漂移速度结果分别用I A B P 浮标验证,得到表2和图3㊂为了使验证的数据量相同,选择相同或相近(相距15k m 内)浮标对应的4种反演结果进行对比,得到191组匹配数据㊂由表2可知,4种反演得到的海冰漂移速度大小和方向的均值都与对应浮标相近㊂结合表2和图3,411海洋学报 39卷图3 利用2012和2013年冬季亮温数据反演的北极海冰漂移速度大小和方向分别相对于浮标测量速度大小和方向F i g .3 A r c t i c s e a i c e d r i f t r e t r i e v e d f r o mb r i g h t n e s s t e m p e r a t u r e v e r s u s b u o y i c e s p e e d a n d i c e d r i f t d i r e c t i o n r e s p e c t i v e l y d u r i n gw i n t e r o f 2012a n d 2013a ,b .H Y -2卫星扫描微波辐射计37G H z 垂直极化;c ,d .S S M I S 37G H z 垂直极化;e ,f .S S M I S 91G H z 垂直极化;g ,h .I F R E M E RS S M I S 91G H z 垂直极化a ,b .H Y -2S a t e l l i t e sc a n n i n g m i c r o w a v e r ad i o me t e r 37G H z v e r t i c a l p o l a r i z a t i o n ;c ,d .S S M I S 37G H z v e r t i c a l po l a r i z a t i o n ;e ,f .S S M I S 91G H z v e r t i c a l p o l a r i z a t i o n ;g ,h .I F R E M E RS S M I S 91G H z v e r t i c a l po l a r i z a t i o n 5119期王利亚等:H Y -2卫星扫描微波辐射计数据反演北极海冰漂移速度使用H Y-2卫星扫描微波辐射计和S S M I S37G H z垂直极化亮温分别反演的北极海冰漂移速度大小与浮标偏差的均方根为1.12c m/s和1.16c m/s,方向与浮标偏差的均方根为16.37ʎ和15.63ʎ,两者相差很小,证明了H Y-2卫星扫描微波辐射计在探测海冰漂移方面的可行性㊂I F R E M E R用S S M I S91G H z垂直极化亮温反演的海冰漂移速度大小与方向与浮标偏差的均方根分别1.10c m/s和15.54ʎ,与H Y-2卫星扫描微波辐射计反演海冰漂移速度与浮标比较结果相差小,即本文用低频资料得到了相近于I F R E M E R用高频资料获得的结果,这是因为在反演前用高斯拉普拉斯滤波器处理亮温数据,获得了很好的去噪效果㊂为了进一步验证,使用与I F R E M E R相同的S S-M I S91G H z垂直极化亮温数据,反演得到北极海冰漂移速度大小和方向与浮标偏差的均方根分别为0.77c m/s和12.49ʎ,低于I F R E M E R与浮标偏差的均方根1.10c m/s和15.54ʎ㊂表2亮温反演的北极海冰漂移速度和浮标的对比T a b.2C o m p a r i s o nb e t w e e nA r c t i c s e a i c e d r i f t r e t r i e v e d f r o mb r i g h t n e s s t e m p e r a t u r e a n d b u o y海冰漂移速度大小/c m㊃s-1海冰漂移速度方向/(ʎ)平均值均方根误差平均值均方根误差间隔天数数据量数据漂移起始时间5.011.12211.4716.374.931.16212.2115.635.100.77209.7412.49 5.10-211.13-5.281.10209.2815.54 5.34-208.67-1412191H Y-237G H z垂直极化S S M I S37G H z垂直极化S S M I S91G H z垂直极化浮标I F R E M E RS S M I S91G H z垂直极化浮标2012年1月1日至2012年3月24日2012年10月21日至2012年12月15日2013年1月1日至2013年3月16日2013年10月24日至2013年12月15日美国冰雪中心海冰漂移数据也是一种广泛使用的海冰漂移数据产品,将其与H Y-2卫星所得反演结果对比㊂将经过14d平均后的2012年和2013年冬季期间N S I D C海冰漂移速度与浮标数据比较,选择相同或相近(相距15k m内)浮标对应的H Y-2卫星海冰漂移速度进行对比,得到209组匹配数据㊂由表3可知,匹配后的H Y-2卫星㊁N S I D C反演海冰漂移速度大小的均值分别为5.45c m/s和5.88 c m/s,与浮标5.58c m/s相近,方向均值分别为221.01ʎ和227.77ʎ,也与浮标221.68ʎ接近㊂结合表3和图4,H Y-2卫星和N S I D C分别反演的北极海冰漂移速度大小与浮标偏差的均方根为2.38c m/s和2.49c m/s,方向与浮标偏差的均方根为36.47ʎ和41.43ʎ,两者相差小,且H Y-2卫星反演结果略好,与上述验证结论也相同,即用低频数据,经过高斯拉普拉斯滤波和M C C方法,得到了相近于N S I D C用S S-M I S高频数据反演的结果㊂611海洋学报39卷表3 亮温反演的北极海冰漂移速度和浮标的对比T a b .3 C o m p a r i s o nb e t w e e n s e a i c e d r i f t r e t r i e v e d f r o mb r i g h t n e s s t e m p e r a t u r e a n d b u o y海冰漂移速度大小/c m ㊃s-1海冰漂移速度方向/(ʎ)平均值均方根误差平均值均方根误差间隔天数数据量数据漂移起始时间5.452.38221.0136.475.882.49227.7741.435.58-221.68-14209H Y -237G H z垂直极化N S I D CS S M I S91(37)G H z垂直和水平极化浮标2012年1月1日至2012年3月24日2012年10月21日2012年12月15日2013年1月1日至2013年3月16日2013年10月24日至2013年12月15日图4 利用2012年和2013年冬季亮温数据反演的北极海冰漂移速度大小和方向分别相对于浮标测量速度大小和方向F i g .4 A r c t i c s e a i c e d r i f t r e t r i e v e d f r o mb r i g h t n e s s t e m p e r a t u r e v e r s u s b u o y i c e s p e e d a n d i c e d r i f t d i r e c t i o n r e s p e c t i v e l yd u r i n g wi n t e r o f 2012a n d 2013a ,b .H Y -2卫星扫描微波辐射计37G H z 垂直极化;c ,d .N S I D C 用S S M I S 91(37)G H z 垂直和水平极化融合a ,b .H Y -2S a t e l l i t e sc a n n i n g m i c r o w a v e r ad i o me t e r 37G H z v e r t i c a l po l a r i z a t i o n ;c ,d .N S I D CS S M I S 91(37)G H z v e r t i c a l a n dh o r i z o n t a l p o l a r i z a t i o nm e r ge d 7119期王利亚等:H Y -2卫星扫描微波辐射计数据反演北极海冰漂移速度4结论首次利用H Y-2卫星扫描微波辐射计37G H z垂直极化亮温数据,通过M C C结合高斯-拉普拉斯滤波法,反演了间隔14d的2012年和2013年冬季北极海冰漂移速度㊂并通过没有滤波㊁经过拉普拉斯滤波加中值滤波和经过高斯-拉普拉斯滤波的反演速度场图对比,说明滤波的重要性和高斯-拉普拉斯滤波的优越性㊂利用H Y-2卫星扫描微波辐射计37G H z㊁S S M I S 37G H z㊁S S M I S91G H z垂直极化亮温分别反演海冰漂移速度,读取I F R E M E R用S S M I S91G H z垂直极化亮温反演的海冰漂移速度,4种结果分别与浮标对比一致,证明了H Y-2卫星扫描微波辐射计资料在探测北极海冰漂移方面的可行性㊂将N S I D C海冰漂移速度产品单独与H Y-2卫星反演结果比较,两者速度大小与浮标偏差的均方根分别为2.49c m/s和2.38c m/s,方向与浮标偏差的均方根为41.43ʎ和36.47ʎ,两者相差小,且H Y-2卫星反演结果略好,即用低频数据,经过高斯拉普拉斯滤波和M C C方法,得到了相近于N S I D C用高频数据反演的结果㊂为进一步证明在反演海冰漂移速度之前进行高斯拉普拉斯滤波能达到更好的去噪效果,使用S S M I S 91G H z垂直极化亮温资料反演海冰漂移速度,与I F-R E M E R用同样资料反演产品对比,两者速度大小与浮标偏差的均方根分别为0.77c m/s和1.10c m/s,速度方向与浮标偏差的均方根分别为12.49ʎ和15.54ʎ,发现使用高斯-拉普拉斯滤波后明显减小了均方根误差,体现了该滤波的重要性和价值㊂因为与北极中央区域相比,格陵兰岛东侧的冰面积小,但数据分辨率低㊁模板面积大造成匹配不准确,使得这里的反演速度明显小于浮标速度,未来仍需改进算法㊂致谢:感谢国家卫星海洋应用中心提供了H Y-2卫星扫描微波辐射计网格化亮温数据,N S I D C提供了海冰密集度数据㊁经纬度数据㊁陆地数据㊁海岸线数据㊁I A B P浮标海冰移动数据㊁海冰漂移速度反演数据,以及I F R E M E R提供了北极海冰漂移速度数据㊂参考文献:[1] A a g a a r dK,S w i f t JH,C a r m a c kEC.T h e r m o h a l i n e c i r c u l a t i o n i n t h eA r c t i cM e d i t e r 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i v e r -s i t y (N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n ),2014,30(11):1-2.9119期王利亚等:H Y -2卫星扫描微波辐射计数据反演北极海冰漂移速度021海洋学报39卷R e t r i e v a l o fA r c t i c s e a i c e d r i f t u s i n g H Y-2S a t e l l i t e s c a n n i n gm i c r o w a v e r a d i o m e t e r d a t aW a n g L i y a1,H eY i j u n1,Z h a n g B i a o1,L i uB a o c h a n g1(1.S c h o o l o f M a r i n eS c i e n c e s,N a n j i n g U n i v e r s i t y o f I n f o r m a t i o nS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,N a n j i n g210044,C h i n a)A b s t r a c t:I n o r d e r t o r e t r i e v eA r c t i c s e a i c e d r i f tm a p s,t h em a x i m u mc r o s s c o r r e l a t i o n(M C C)m e t h o d i s a p p l i e d t o t h e37G H z v e r t i c a l l y p o l a r i z e d b r i g h t n e s s t e m p e r a t u r e d a t a t a k e n f r o mt h e s c a n n i n g m i c r o w a v e r a d i o m e t e r o n b o a r d t h eH Y-2S a t e l l i t e o f C h i n a.Av a l i d a t i o n o f o u r s e a-i c e d r i f t p r o d u c t s d u r i n g w i n t e r s2012a n d2013w i t h t h e I AB Pb u o y s s h o w s a g o o d ac c u r a c y,w i t h t h e r o o tm e a n s q u a r e e r r o r s i n i c ed r i f t s pe e d a n d i c e d r if t d i r e c t i o n b e i n g1.12c m/s a n d16.37ʎ,r e s p e c t i v e l y,t h u sde m o n s t r a t i n g t h e p r a c t i c a b i l i t y of t h e b r igh t n e s s t e m p e r a t u r e d a t a f r o m H Y-2S a t e l li t es c a n n i n g m i c r o w a v er a d i o m e t e r i nr e t r i e v i n g s e a i c e m o t i o n.U s i n g t h e91G H zv e r t i c a l l yp o l a r i z e d b r i g h t n e s s t e m p e r a t u r e d a t a f r o mS p e c i a l S e n s o rM i c r o w a v e I m a g e r/S o u n d e r r a d i o m e t e r s o n b o a r d t h eD e f e n s eM e-t e o r o l o g i c a l S a t e l l i t eP r o g r a m,a n d e m p l o y i n g aL a p l a c i a no f t h eG a u s s i a n f i l t e r,t h e s e a i c ed r i f t p r o d u c t i o no b-t a i n e db y M C Cm e t h o d a r e f o u n d t o b e b e t t e r i n q u a l i t y t h a n t h o s e o b t a i n e db y F r e n c hR e s e a r c h I n s t i t u t e f o rE x-p l o i t a t i o n o f t h e S e a.K e y w o r d s:m a x i m u mc r o s s c o r r e l a t i o nm e t h o d;m i c r o w a v e r a d i o m e t e r;A r c t i c s e a i c e d r i f t。

海洋二号卫星扫描辐射计海洋参数反演算法研究

海洋二号卫星扫描辐射计海洋参数反演算法研究王振占;鲍靖华;李芸;谌华【摘要】This paper established retrieval algorithm of sea surface temperature,sea surface wind speed,atmospheric water vaporcontent,atmospheric liquid water content and rain rate for the HY-2 scanning microwave radiometer using simulation data of radiation transfer equa-tion. And then we used on-orbit data to retrieve these parameters. The validation of sea surface temperature,sea surface wind speed shows that the algorithm is feasible and reasonable,which can retrieve the atmospheric and ocean parameters,and the accuracy meets the requirement of the design indicators. Currently,the validation of other parameters is still going on. The retrie-val algorithm will be optimized by further calibration of brightness temperature.%针对海洋二号（HY-2）卫星扫描辐射计，利用辐射传射方程模拟，建立了海面温度、海面风速、大气水汽含量、大气液态水含量和雨率的反演算法，并利用扫描辐射计在轨数据对上述参数进行反演。

HY_2雷达高度计和微波散射计_许可

收稿日期:2004-09-24;修订日期:2004-12-10作者简介:许可(1967-),男,研究员,主要从事微波遥感及信息处理方面的研究。

介绍HY -2雷达高度计和微波散射计的系统设计和主要技术指标。

HY-2A 设计的轨道高度为963～965km ,重复周期为14d 和168d 两种太阳同步、冻结轨道。

HY -2A 的遥感器以微波遥感器为主,星上载有一台雷达高度计、一台微波散射计、和一台多通道微波辐射计及与之配套的数据收集系统。

为适应高度计的精密定轨要求,星上还配备有精密跟踪、测轨的辅助相应仪器,包括激光反射器,GPS 星载系统等。

本文将介绍雷达高度计、微波散射计的系统设计和主要技术指标。

HY-2卫星微波散射计海面风矢量场反演技术研究-中国工程科学

－３
降交点地方时三轴姿态稳定度／（（° ）· ｓ半长轴偏差／ｍ偏心率偏差倾角偏差／（° ）三轴指向精度／（° ）
－１
９９．３４９６５３ σ指３倍标准差条件下
姿态和轨道控制指标
三轴姿态测量精度／（° ）
）
＜３× １０
＜０．１（３σ ）
＜０．０３（３ σ ）｜ Δ a｜＜１
＋
［关键词］ＨＹ２卫星；微波散射计；风场反演；风矢量场误差分析。
１７４２（２００９）１０－００８６－１０［中图分类号］Ｖ４７４．２９１［文献标识码］Ａ［文章编号］１００９－
1 前言
用的对地遥感卫星
ＨＹ２卫星是一种获取海洋动力环境信息的专
［１］
洋环境，获得包括海面风场、浪高、海流、温度、海上
数据产品和其他辅助产品（轨道和姿态文件等）。数据处理中心在接收到０级数据产品后，将其制作
４Ｂ火箭发射上天，卫星工作设计寿命为３年。卫星９６５ｋｍ。卫星数传系统载频选为Ｘ波段，并有１２０Ｇｂｉｔｓ的记录／回放数据记录器。卫星轨道设计ＨＹ２卫星平台主要技术指标见表１。
为晨昏轨道，卫星发射状态包络尺寸为３．３５ｍ ×
［收稿日期］２００９－０８－１４
［基金项目］ “ 八六三 ” 重点项目大洋渔场环境与鱼情信息应用技术系统开发（２００７ＡＡ０９２２０１）；支撑项目海上突发事故应急预报技术（２００６ＢＡＣ０３Ｂ００－０４－０１）

中国沿海HY-2A校正微波辐射计水汽含量数据精度检验方法

中国沿海HY-2A校正微波辐射计水汽含量数据精度检验方法范士杰;史航;孙浩;刘焱雄【期刊名称】《海洋科学进展》【年(卷),期】2022(40)3【摘要】为评价“海洋二号”卫星(HaiYang-2A,HY-2A)校正微波辐射计(Calibration Microwave Radiometer,CMR)近海水汽产品精度,以中国沿海全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)业务观测站数据和欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)发布的第五代大气再分析资料(ECMWF Reanalysis 5,ERA5)作为验证数据。

首先对选取的GNSS业务观测站数据和CMR水汽含量数据进行时空匹配,两者的观测时间一致、空间范围取为100 km;然后利用精密单点定位方法反演GNSS业务观测站上空的大气可降水量(Precipitable Water Vapor,PWV),同时对1 h分辨率的ERA5再分析资料内插计算,得到CMR水汽数据点处的ERA5 PWV;最后以GNSS PWV和ERA5 PWV为参考,分析2015年CMR水汽产品精度和偏差时空分布。

结果表明,CMR水汽含量和GNSS PWV、ERA5 PWV之间的相关系数r均高于0.96,平均均方根误差分别为3.17 mm和1.58 mm,具有较高的精度;CMR水汽含量相对于GNSS PWV和ERA5 PWV的偏差不随季节变化而变化,但CMR水汽含量数据精度随纬度的增加而有所提高。

【总页数】8页(P505-512)【作者】范士杰;史航;孙浩;刘焱雄【作者单位】中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院;自然资源部第一海洋研究所【正文语种】中文【中图分类】P714【相关文献】1.HY-2A卫星大气校正微波辐射计在轨数据定标和检验研究2.神舟四号飞船微波辐射计定标和检验(Ⅱ)--微波辐射计地物参数反演及其检验3.利用双频微波辐射计测空中水汽和云液水含量的个例分析4.“神舟4号”飞船微波辐射计亮温反演海面温度、风速和大气水汽含量5.HY-2A校正微波辐射计水汽数据的精度检验和校正因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

HY-2B卫星微波辐射计地理定位与偏差修正

HY-2B卫星微波辐射计地理定位与偏差修正
刁宁辉;吴奎桥;孙从容;郭振宇;韩静雨
【期刊名称】《海洋气象学报》
【年(卷),期】2022(42)4
【摘要】文章介绍了HY-2B卫星微波辐射计的工作原理、卫星星历获取、天线波束指向计算和一系列坐标系转换的方法。

针对微波辐射计的圆锥扫描工作方式,给出了一种适用的地理定位算法并进行定位计算,通过相关参数修正,实现了对地理定位偏差的修正。

将修正后的全球高中低纬度典型地域的定位结果与高精度地理底图叠加,显示两者匹配良好,该算法具有一定的实际应用价值。

【总页数】8页(P77-84)
【作者】刁宁辉;吴奎桥;孙从容;郭振宇;韩静雨
【作者单位】国家卫星海洋应用中心;自然资源部空间海洋遥感与应用重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】P237
【相关文献】
1.HY-2卫星微波辐射计地理定位方法
2.微波辐射计实时修正大气折射误差的实验研究
3.G矩阵修正法在一维综合孔径微波辐射计成像中的应用
4.广播卫星电视接收机对SMAP卫星L波段微波辐射计的射频干扰特征分析
5.移动通讯信号对星载微波辐射计的影响分析——以风云三号气象卫星微波湿度计为例
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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HY-2A卫星校正微波辐射计数据用户手册国家卫星海洋应用中心2011年5月更改页目录1 数据产品介绍 (1)1.1 产品级别划分 (1)1.2 产品文件命名 (1)1.2.1 一级产品文件命名 (1)1.2.2 二级产品文件命名 (1)2 一级数据产品 (2)2.1 数据处理流程 (2)2.2 L 1A数据格式 (3)2.2.1 产品数据结构 (3)2.2.2 产品头文件 (4)2.2.3 产品科学数据 (6)2.2.4 科学数据各参数介绍 (9)2.3 L 1B数据格式 (14)2.3.1 产品数据结构 (14)2.3.2 产品头文件 (14)2.3.3 产品科学数据 (16)2.3.4 科学数据各参数介绍 (19)3 二级数据产品 (19)3.1 数据产品制作流程 (19)3.2 L 2A数据格式 (20)3.2.1 产品数据结构 (20)3.2.2 产品头文件 (20)3.2.3 产品科学数据 (23)3.2.4 科学数据各参数介绍 (25)3.3 L 2B数据格式 (25)3.3.1 产品数据结构 (25)3.3.2 产品头文件 (26)3.3.3 产品科学数据 (28)3.3.4 科学数据各参数介绍 (31)3.4 L 2C数据格式 (31)3.4.1 产品数据结构 (31)3.4.2 产品科学数据 (31)1数据产品介绍国家卫星海洋应用中心将载荷的HY-2卫星校正辐射计0级数据经过预处理、重采样和数据反演分别生成1级、2级产品。

1.1 产品级别划分一级产品1A：经过时间标识和地理定位后的数据。

包括扫描时间，每扫描点地理定位；存储观测、定标计数的数据；天线温度校正系数，轨道运行状态、平台姿态等辅助信息；记录质量信息等。

1B：经过分pass，亮温计算，以及带有定位信息及描述信息的数据。

二级产品2A：经过亮温重采样的数据，将1B中观测亮温平均成每秒一次。

2B：经过反演计算，将2A数据反演成海洋大气物理产品，并且包含2A的亮温产品。

2C：经过格式转换，将hdf格式转换为二进制格式的产品。

1.2 产品文件命名1.2.1 一级产品文件命名L 1A级：H2A_RC1ALnnnnn.yyyydddhhmm.h5L 1B级：H2A_RC1Byyyymmdd_ccc_pppp.h5其中：H2A：HY-2卫星RC1：校正辐射计L：拼站（含延时和实时数据拼接）数据nnnnn：轨道号yyyy：观测开始时间的年mm：观测开始时间的月dd：观测开始时间的日ccc：CYCLE 号pppp：PASS 号1.2.2二级产品文件命名L 2A级：H2A_RC1_000_2Av_ccc_pppp.h5L 2B级：H2A_RC1_000_2Bv_ccc_pppp.h5其中：H2A：HY-2卫星RC1：校正辐射计V：产品版本号（a,b,c…）ccc：CYCLE 号pppp：PASS 号L2C级：H2A_CMR_L2C_BT__V<01>_<YYYYMMDD_HHMMSS>_ <yyyymmdd_hhmmss>_<f>其中：H2A：HY-2卫星CMR：校正微波辐射计L2C：数据级别BT：亮温V：经过验证的数据01：版本1YYYYMMDD_HHMMSS：文件中第一个采样点的日期和时间yyyymmdd_hhmmss：文件中最后一个采样点的日期和时间f：A=升轨，D=降轨2一级数据产品2.1数据处理流程校正辐射计1级数据产品是根据0级产品处理得到，处理流程如下：图2-1 HY-2 RC L1数据处理流程图2.2L 1A数据格式2.2.1产品数据结构校正辐射计1A级数据产品由文件头和产品数据组成，按每象元点上的参数排列存储，并经解包和地理定位，生成质量控制信息，并存储为HDF格式。

2.2.2产品头文件表2-1 HY-2 RC L1A数据基础信息标识表2-2 HY-2 RC L1A数据产品信息标识452.2.3产品科学数据表2-3 HY-2 RC L1A数据产品科学数据部分67HY-2A卫星校正微波辐射计数据用户手册2.2.4科学数据各参数介绍基础信息标识：(1)PGEName、PGEVersion、InputPointer、SensorShortName、DataModel分别存储数据处理软件名称、数据处理软件版本、输入的科学数据文件名、传感器名称、标识数据模型名称(2)QALocationPacketDiscontinuity包顺序记数连续性：数据包的连续性根据包序列计数判别是否连续，Continuation（连续）或者Discontinuation（不连续）或者DEAD Encounter（偶有中断）(3)NumberofPackets数据包总数(4)NumberofInputFiles输入文件数(5)NumberofMissingPackets丢失数据包数(6)NumberofGoodPackets正常数据包数(7)QAPercentMisssingData缺失数据百分比=丢失数据/总数据包数（缺失数据在HDF SDS中观测计数填写‘-9999’填充）(8)QAPercentOutofBoundsData错误数据百分比=错误数据/总数据包数（错误数据在HDF SDS中观测计数填写‘-8888’填充）(9)QAPercentParityErrorDataCRC校验错误百分比：根据0级数据包的校验结果得到。

校验错误包/总包数(10)ProcessingQADescription数据处理错误描述：定义L1A级数据处理中会出现的几个问题，由预处理定义，如无问题则为PROC_COMP产品信息标识：(1)SatelliteOribit、Altitude、OrbitSemiMajorAxis、OrbitEccentricity、OrbitArgumentPerigee、OrbitInclination、OrbitPeriod、RevisitTime分别为卫星轨道类型、卫星轨道高度、轨道半长轴、轨道偏心率、轨道近地点幅角、轨道倾斜角、轨道周期、轨道重复周期(2)RCChannel、RCBandWidth、RCbeamWidth、SpatialResolution分别存储校正辐射计各波段的频率、带宽、波束宽度和空间分辨率(3)DynamicRange、DataFormatType、HDFFormatVersion分别为观测范围、数据格式和HDF版本(4)EllipsoidName、SemiMajorAxisoEarth、FlatteningRatioofEarth分别为地球椭球模型、地球椭球长半轴、地球扁率(5)SensorAlignment传感器和平台相对位置校准(6)CalibrationMethod采用的定标方法：包括“SpillOver,CSMInterpolation,NonlinearityCorrection”(7)SpillOverParameterVersion冷空太阳/月亮温度校正参数版本(8)CSMInterpolationParameter Version冷空地球温度校正参数版本产品科学数据部分(1)Time_day,Time_sec,Time_microsec观测时间，0级数据中，由包的起始时间，加上定标的0.8秒为当前包的第一次观测，后续每个频率包含26组观测，每组观测时间200毫秒。

MJD参考时间为自2007年0天0时0秒0毫秒为起始。

(2)Lat_of_Observation_Point观测点纬度，由卫星星下点经纬度，通过时间插值得到。

纬度为-90°-90°范围。

(3)Long_of_Observation_Point观测点经度，由卫星星下点经纬度，通过时间插值得到。

经度范围为0-360°。

(4)Rad_surf_type由经纬度参考陆地掩膜计算得出。

(5)Satellite_Attitude _flag卫星姿态数据标识，由0级数据继承而来，每个包包含一个。

(6)Satellite_Attitude卫星姿态数据，由0级数据继承而来，18个字节的卫星姿态码，每个包1组，包含6个参数分别为：滚动姿态角、俯仰姿态角、偏航姿态角、滚动姿态角速度、俯仰姿态角速度、偏航姿态角速度(7)Channel_work_status主备份通道状态，由0级数据继承而来，3个通道各占一个标识，0为主，1为备(8)Thermal_resistance_status测温电路主备工作状态标志，由0级数据继承而来，0为主，1为备(9)High_speed_data_int_status高速数据接口状态标志，由0级数据继承而来，0为直通，1为交叉(10)Channel_obs_status通道工作模式，由0级数据继承而来，对应3个通道，0为正常观测模式，1表示定标天线测试模式，2表示匹配负载测试模式，3表示观测天线测试模式(11)Soft_status软件运行状态标志，由0级数据继承而来，每个状态标识按0级数据格式详细说明各分别包含8项类容，具体类容参考0级数据格式。

(12)Data_inject_status数据注入状态，由0级数据继承而来，0数据注入有效，1 表示未有数据注入或者数据注入无效(13)High_speed_data_QA_status高速数据接口发送数据故障计数，由0级数据继承而来(14)High_speed_data_out_status高速数据接口发送数据状态，由0级数据继承而来，0表示一次数据包传输过程结束，1表示本次数据包发送忙中(15)Outside_RAM_offset外部RAM区的高位地址偏移量，由0级数据继承而来，0-3之一取值，分别对应0级数据中的00H,20H,40H,60H(16)Channel_AGC通道AGC，由0级数据继承而来Channel_AGC[0]：通道一注入调整/自动调整（0为注入调整，1为自动调整），Channel_AGC[1]：通道一AGC控制值Channel_AGC[2]：通道二注入调整/自动调整（0为注入调整，1为自动调整），Channel_AGC[3]：通道二AGC控制值Channel_AGC[4]：通道三注入调整/自动调整（0为注入调整，1为自动调整），Channel_AGC[5]：通道三AGC控制值(17)Channel_AGC_adjust通道调整参数，由0级数据继承而来Channel_AGC_adjust[0]：通道一注入调整/自动调整（0为注入调整，1为自动调整），Channel_AGC_adjust[1]：通道一调整参数控制值Channel_AGC_adjust[2]：通道二注入调整/自动调整（0为注入调整，1为自动调整），Channel_AGC_adjust[3]：通道二调整参数控制值Channel_AGC_adjust[4]：通道三注入调整/自动调整（0为注入调整，1为自动调整），Channel_AGC_adjust[5]：通道三调整参数控制值(18)Telemetry_flag遥测数据标志，由0级数据继承而来(19)Channel_power_telemetry通道电源遥测，由0级数据继承而来，Channel_power_telemetry[3]对应三个通道的电源遥测值(20)Thermal_resistance_telemetry测温电源遥测，由0级数据继承而来(21)Nc_simulation_5v数控单元模拟+5V，由0级数据继承而来(22)Nc_simulation数控单元模拟地，由0级数据继承而来(23)Observation_temperature_flag测温数据标志，由0级数据继承而来(24)Observation_temperature32点测温数据，由0级数据继承而来Observation_temperature[32]分别对应32点测温数据值。