主被动海面盐度测量中目标后向散射系数建模研究

发布时间：2020-01-27 06:59

【摘要】：全球海面盐度的分布对我们研究气候变化、降水以及El Ni?o现象有着重要的意义。L波段主被动联合测量的方式能够更好地修正海面粗糙度对亮温的影响,从而有效改进盐度测量的精度。本文在主被动联合探测盐度的基础上,开展了以下几个方面的工作:一、基于辐射传输模型探讨了利用海面亮温反演盐度的机理,研究了基于Aquarius卫星的主被动联合探测海面盐度的Meissner-Wentz亮温修正算法以及CAP盐度反演算法。对两种算法的步骤以及各自后向散射系数GMF的有效性及适用条件进行了分析,就这两种算法各自的特点及区别进行了对比。二、利用统计参数对海面粗糙度进行了描述,分析了不同机制产生的海浪谱(重力波谱、表面张力波谱)的形式与特点。基于海浪谱将风速对应到海面粗糙度的统计描述,建立了风速与粗糙度统计参数之间的对应关系。三、从斯托克斯公式出发推导出了Huygens定理和Extinction定理,得到了切向场表示下的散射场方程。在此框架下基于切平面近似推导出了大尺度基尔霍夫近似,基于切向场级数展开推导出了小尺度微扰动模型。在此基础上结合两种尺度给出了适用范围更广的积分方程模型的表达式。最后对这三种模型进行了仿真和分析。四、基于积分方程模型对海面的散射和辐射进行了模拟。首先分析了海面亮温随盐度的变化趋势和灵敏度,验证了利用海面亮温反演盐度的可行性;其次对海面亮温随粗糙度的变化趋势进行了仿真,验证了粗糙度对海面亮温的影响不可忽略;最后分析了海面后向散射系数随粗糙度和盐度的变化情况及对两者的灵敏度,验证了利用海面后向散射系数修正亮温的可行性,为之后的高精度海面盐度反演打下了基础。
【图文】：

盐度,浮标,海面,观测次数

(a) (b)图 1.1 实地测量海面盐度和 ARGO 浮标计划此图来自加州大学圣地亚哥分校的 ARGO 计划网站http://www.argo.ucsd.edu/尽管浮标数据可以提供精度为 0.5 摄氏度以及 0.01psu 的海水温盐资料，但观测范围并不详尽，数据采集也十分有限。如图 1.2 所示，在过去的 125 年，白色区域的海面盐度观测次数低于 10 次，蓝色区域的盐度观测次数在 10 100 次之间，绿色区域的盐度观测次数在 100 次到 1000 次之间，而红色区域盐度观测次数超过了 1000 次。Bingham 等发现全球有 27%的区域从未有过盐测量，70%的区域盐度观测的历史记录不超过 10 次[4]。因此不管是实地测量是浮标测量都不能为全球尺度的水汽循环研究提供有效的应用数据。

里海,观测记录,盐度,海面

图 1.2 过去 125 年里海面盐度（SSS）观测记录的历史分布此图来自法国海洋开发研究院(IFREMER)的网站http://www.salinityremotesensing.ifremer.fr/in-situ-measurements1.1 固定平台观测基于固定平台的海面盐度观测包括浮标以及船载观测两种。1970 年inger 等人在 Argus 岛上，，采用频率分别为 1.41GHz、8.36GHz 和 19.3波辐射计对海面进行了实地观测，验证了海面亮度温度与风速相关。Swift 等在美国 Massachusetts 州的 Cape Cod 海峡的铁路桥上利用微波海洋进行了观测，历经 9 个月，并辅以相应的传感器用于观测环境变表明，海面亮度温度的变化范围约为 3~9K。且在入射角为 60 度、V况下海面亮温对海面粗糙度的变化并不敏感。Lerner 和 Hollinger 的实[9]
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P714.1

【参考文献】