第六章 海面风场遥感 - 海洋遥感ppt

入射角和风向固定时，后向散射截面随风速的变化
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式
风速固定时，后向散射系数随相对方位角的变化
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（3）实际应用的风矢量反演模式
• Ku波段 - Morre模式
微波散射计的入射角一般大于20度，散射计测量 海面风场以Bragg共振散射模型和双尺度模型为主。
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6.2 微波散射计测量海面风场
2.测风原理
（1）雷达后向散射系数的计算： 0 G(402)23ARw4p(PPtr0)
（2）单位面积后向散射系数的Bragg表达：
0 22 co 1 /2 s s1 /i 2n c4 o g is ( j)1 /2 ( u 1 k g ) 1 /2
Φ为相对方位角，与风向
0f(U,,...,,i) 和雷达观测方位角有关。
试验基础上，已获得后向散射截面与风矢量之 间具有如下关系：
Ar( U 1aco b sco 2 )s
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式- 中系数根据经验确定，取决于入射角θ。13
6.2 微波散射计测量海面风场
※ 模式函数研究进展
• SASS-1模式函数 • SASS-2模式函数 • NSCAT-1模式函数 • NSCAT-2模式函数 • QSCAT-1模式函数 • Ku-2001模式函数
常规资料主要通过船舶、海上浮标、沿岸和岛屿气 象台站来测量获得，难以满足宏观、实时海洋监测的需 要，卫星遥感技术起到了非常重要的补充作用。
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6.1 概述
2.海面风场遥感测量的波段与传感器
• 可见光、红外遥感方法 • 微波散射计 • 微波辐射计 • 高度计 • SAR
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• CMOD1-12模式函数 • CMOD-IFR2模式函数
模式函数一般采用统计 的方法经验获得。
Ku波段的模式函数
C波段的模式函数
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式-常用：
Φ为相对方位角，为风 向和雷达方位角之差。
0 U, , a0 U, a1U, cos a2 U, cos2
海洋遥感
The Oceanic Remote Sensing
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第六章 海面风场遥感
概述 微波散射计测量海面风场 SAR获取海面风场信息 其它方法测量海面风速
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6.1 概述
1.海面风场测量的意义
海面风场测量对于海洋环境数值预报、海洋灾害监 测、海气相互作用、气象预报、气候研究等都具有重要 意义。
0 a 1 U 1 a 2 U 2co a 3 s U 3c2 os
• Ku波段 - Wentz（SASS-II模式）
0A 0A 1co sA 2co 2 s
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A0 a0Ua0
A 1(a1a1loU g )A 0
A 2(a2a2loU g )A 0
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3.海面风场反演过程
（3）实际应用的风矢量反演模式
• C波段 – 本质是简化的Morre模型
可见，后向散射系数与海面风速具有较大相关性。
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6.2 微波散射计测量海面风场
2.测风原理
（4）后向散射系数与风向之间的关系：
在风速固定的条件下，后向散射系数在逆风观测
时最大，顺风其次，而横风最小。
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（1）反演步骤
a0 0u 0d 2 0c / 4
a1 0u 0d / 2
a2 0u 0d 2 0c / 4
风速、入射角和极 化方式的函数。
下标0u、0d和0c分别表示逆风、顺风和横风时观
2020/4/2测6 的后向散射系-数。
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式
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6.1 概述
3.海面风场微波遥感测量的原理
• 风速测量- 微波传感器不能直接测量海面风矢量，
微波测量海面风速是基于海面的后向散射或亮温与海 面的粗糙度有关，而海面粗糙度与海面风速之间具有 一定的经验关系而进行的。
• 风向测量- 对同一海域不同入射角的资料进行分析，
可获得风向分布信息。
用于描述雷达后向散射系数与海面风矢量(风速和风向)
之间的经验关系称为风场反演的地球物理模式函数。
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6.2 微波散射计测量海面风场
1.发展历史
• 1966年Morre教授提出散射计测量海面风场的概念。
• 1973年Skylab卫星S-193散射计和1978年Seasat-A卫星 SASS散射计的成功经验证实了该技术的有效性。
• 1991年ESA的ERS-1卫星上装载了主动微波探测仪，使 卫星散射计风场测量进入业务化监测的新纪元。
• 1999年QuikSCAT卫星的SeaWinds散射计提高了测量 精度。
目前测量风速范围在4～24m/s，精度为±2m/s或10％，风向
2020/4/2范6 围0～360°，精度- ±20 °。
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6.2 微波散射计测量海面风场
2.测风原理
微波散射计（Ku波段和C波段的微波散射计）通 过测量海面微波后向散射系数，根据它与海面风矢量 的经验模式函数来反演海面风场。
• 计算归一化后向散射系数，并获得不同视角天线 对同一区域的观测；
• 利用风矢量与归一化后向散射系数之间的关系， 进行风速和风向估计；
• 多个可能风矢量解模糊性的消除。
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海Hale Waihona Puke Baidu风场微波散射计测量流程
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式 一般情况下，风矢量反演模式表达为：
可见，后向散射系数随摩擦风速u线性增长。
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6.2 微波散射计测量海面风场
2.测风原理
（3）海面高度z处风速的计算：（Monin-Obukhow方程）
U(z)uskua[ln zz0)((z Lz0)]
us为海面风速，ka为Karman常数（常取0.4），z0可用 经验关系式表达，ψ为考虑大气稳定性的修正值，L为M-O 长度。