基于多角度太阳耀光图像的海面风速估算方法研究

发布时间：2020-06-14 11:08

【摘要】：海面太阳耀光是粗糙海面对太阳的直接反射光,在探测海洋特征时,太阳耀光被认为是常规海洋光学图像研究范围内的一种严重的数据损失,它会成为噪声,干扰提取的海洋信息精度。但同时由于太阳耀光信息中包含着丰富的海面粗糙度信息,太阳耀光图像也能用于探测许多海洋动力学过程和现象,例如船舶尾迹、海洋内波、油迹、浅海水下地形和海面风场等。本文围绕多角度太阳耀光图像及其在海面风速估算中的应用,基于多角度太阳耀光成像几何模型、太阳耀光辐射传输模型和海面倾斜波面概率分布模型,进行基于多角度太阳耀光图像的海面粗糙度估算和海面风速估算方法研究。本文研究的内容和结果如下:论述了太阳耀光图像的成像原理,并探究了多角度图像的成像几何关系,基于太阳耀光成像几何模型和多角度太阳耀光图像的几何参数计算方法,实现了多角度太阳耀光图像逐像元的几何参数计算,为后续的海面粗糙度和海面风速估算提供了基础参数。论述了选用的多角度成像光谱仪(Multi-angle Imaging Spectro Radiometer,MISR)的特点,介绍了MISR数据的读取方法,进行了研究区域的范围选择,分析了研究区域概况,从原始数据中提取了后续计算所需经纬度、成像时间等信息。基于多角度太阳耀光遥感模型,介绍了海面倾斜波面概率分布模型(Cox-Munk模型,简称CM模型),得到了基于MISR多角度太阳耀光图像的海面粗糙度估算模型。利用CM模型的海面粗糙度和海面风速的定量关系,实现了由海面粗糙度估算海面风速。进一步认识和理解了多角度太阳耀光图像估算海面风速的机理,为多角度太阳耀光遥感图像选取和分析应用提供依据。利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)的风速数据和浮标风速数据,对此模型的应用实例开展了验证评估。实例验证结果表明,与ECMWF风速匹配良好且具有较好的相关性(R=0.745),均方根误差为1.514m/s,平均绝对误差为1.319m/s,具有较好的一致性。相对于散射计和SAR等已有遥感手段的风速反演结果,精度较高。因此,本方法拓展了多角度MISR太阳耀光图像信息的应用,为多角度太阳耀光图像估算海面风速打下基础,是海面风速探测的一种新思路。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;P732
【图文】：

课题研究的背景和意义海洋，如图 1.1 所示，不仅神秘莫测，又充满能量，从古自今，不计家学者被海洋所吸引，走向大海的深处，去探索海洋的秘密，去挖掘。当今世界，陆地资源基本已经被探索完毕，因此，越来越多的人将海洋。随着人数的增加，海洋科学已经成为当今全世界一个极其热门整个地球三分之二的面积属于海洋，伴随着人类对资源需求的不断增资源已经不能满足人类的需要，因此，研究海洋、开发海洋、利用海为将来的人类的生存和发展提供更丰富的资源。尤其海洋中的水约占水量的 97%，海洋中富含各种矿产、鱼类等资源。随着 21 世纪的到来有了很大的进步，人类对物质的需求促进了对海洋的开发与研究，因也是属于海洋的一个新世纪，海洋技术是这个新世纪的重要标志之一海洋高新技术。对于海洋这个变化多端的神秘地带，人类还显得很渺，对于海洋风、浪、流、潮等物理海洋要素数据及其变化规律的研究海洋资源开发利用，比如对航运、国防、造船、港口和海上石油开采重大意义。

太阳耀光,海面风场,信息,海洋内波

图 1.2 海上浮标面太阳耀光由粗糙海面对太阳光直接反射形成。在常规的海洋光阳耀光常常在提取海洋信息时，干扰其精度。但是，太阳耀光信着丰富的海面粗糙度信息，海面粗糙度信息又和海洋动力环境状所以太阳耀光信息也能用于探测许多海洋动力学过程和现象，例海洋内波、油迹、浅海水下地形和海面风场估算等。由此可见，洋遥感应用中的重要组成部分，研究太阳耀光的应用，具有非常义。用太阳耀光估算海面风场的原理和合成孔径雷达（Synthetic SAR）估算海面风场的原理类似，二者同样基于海面粗糙度信息术估算海面风场已经历了较为完善、成熟的研究和发展，而利用估算海面风场的技术相比前者远远滞后。其原因和太阳耀光的成刻紧密相关，且太阳耀光技术还面临许多其他困难，例如太阳耀成像条件暂无明确结论、传输模型较为复杂等。但是光学图像具

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