第六章 海面风场遥感 - 海洋遥感PPT

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
2020/4/4测的后向散射系数。
15
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
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
2020/4/4
14
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
• 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
2020/4/4范围0～360°，精度±20 °。
6
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。
时最大，顺风其次，而横风最小。
2020/4/4
10
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
• 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。
2020/4/4
4
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。
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ20/4/4
5
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。
1/ 2
sin1/ 2
cos4
gij ( ) 1/ 2 (ug 1k )1/ 2
可见，后向散射系数随摩擦风速u线性增长。
2020/4/4
8
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)
us
u ka
[ln(
z z0
)
( z
11
海面风场微波散射计测量流程
2020/4/4
12
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：
0 f (U ,,...,,i)
Φ为相对方位角，与风向 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：
AU r (1 a cos b cos 2)
入射角和风向固定时，后向散射截面随风速的变化
2020/4/4
16
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
2020/4/4
17
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
2020/4/4
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
• CMOD1-12模式函数 • CMOD-IFR2模式函数
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。
2020/4/4
7
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
(4 )3 R4 G022 Awp
( Pr ) Pt 0
（2）单位面积后向散射系数的Bragg表达：
0
22
cos
0 a1U 1 a2U 2 cos a3U 3 cos 2
• Ku波段 - Wentz（SASS-II模式）
0 A0 A1 cos A2 cos 2
A0 a0U a0 A1 (a1 a1 logU ) A0
2020/4/4
A2 (a2 a2 log U ) A0
18
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
• C波段 – 本质是简化的Morre模型
主要针对ERS系列卫星的模型，相继开发出了CMOD1-12模型。
z0 L
)]
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。
可见，后向散射系数与海面风速具有较大相关性。
2020/4/4
9
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
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。
2020/4/4
3
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
2020/4/4
海洋遥感
The Oceanic Remote Sensing
2020/4/4
1
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
2020/4/4
2
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。