海洋表层盐度遥感反演机理及应用研究

发布时间：2020-07-03 04:18

【摘要】： 海表盐度是描述海洋的一个重要参量,研究其分布和变化规律对了解海洋自身特性以及海洋在海洋和大气这一复杂系统中的作用有着重要意义。海表盐度的遥感探测是获取该参量资料的有效手段。论文主要研究L波段海表盐度微波遥感机理和反演模式,该研究充分考虑了复杂的海洋状况及其环境要素,探讨了各种海况下盐度遥感反演的经验和理论模式。具体研究内容和创新成果如下: 1、海面近似为平静表面前提下,论文分别考虑了法拉第旋转效应、大气传输、电离层吸收辐射等因素产生的亮温观测误差。结合辽宁庄河外海对比观测资料,本文首次综合考虑了法拉第旋转效应、大气传输和背景辐射等因素影响,建立了平静海面高精度的盐度遥感反演模式,平均绝对误差为0.4psu,和现有平静海面盐度反演算法比较,精度明显提高。目前模式通常将背景辐射这一时空变量当作常数处理,以及大气成份含量的多变性都可能产生海表盐度遥感反演的误差。未考虑真实海面的粗糙度影响也是导致盐度反演误差的重要原因。 2、在低风速情况下,海表粗糙度是影响海面微波辐射亮温的重要因素。论文充分考虑了粗糙度,尤其是风速和涌浪的影响,结合北黄海海表盐度航空遥感比测实验数据,对风速和涌浪这两个参量进行线性回归,建立了适用于实验海区的高精度海表盐度反演模式,平均绝对误差为0.3。目前考虑粗糙度影响的海表盐度反演模式达到的最高精度为0.52psu,与此相比,本文所建立模式在实验海区反演结果更为精确。导致盐度反演误差可能是因为不同海区悬浮物、泥沙、海气温差等因素的影响,也正因如此海表盐度反演模式也具有一定的区域性限制。 3、白冠覆盖海表盐度反演一直是盐度遥感反演的难点问题,目前白冠覆盖海面的盐度遥感机理和实验研究较少。论文针对白冠覆盖海表盐度反演机理进行了初步研究。由于海面白冠层是一种水气复合介质,因此对复合介质有效介电响应的研究十分必要。论文利用超几何方程,得到了球形粒子介电常数具有复杂形式的梯度复合物的有效介电响应解析公式,同时验证了DEDA(微分有效偶极子法)数值方法的有效性。在此基础上,利用有效介质近似理论方法,初步讨论了高海况条件下白冠覆盖率、气泡的粒径分布等因素对海表辐射率和海表盐度反演精度的影响。总之,真实海洋及其环境要素复杂多变,海洋物理参量之间也互相联系制约,如海水悬浊物、微生物、泥沙、海气温差等因素都可以改变海水的有效介电常数以及影响海表盐度反演精度,这些复杂的要素对盐度遥感的影响需要进一步深入探讨。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：P731.12
【图文】：

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全球和近海海面盐度的微波遥感监测属于具有广阔发展前景的高新技术（卫星海洋遥感导论，P265）。图1.1 过去100年有海表盐度观测记录的海域。此图来自Aquarius计划的网站http://aquarius.gsfc.nasa.gov/overview-mission.html从图 1.1 可知，全球海洋盐度现场观测所覆盖海域稀疏、狭小。1969 年以后，一些商船也配备了盐度观测仪器，盐度资料有所增加，但就全球海洋而言仍有许多空白区域，目前虽然可以借助海洋科考观测、漂流浮标、ARGO浮标等直接获得盐度数据，但是数据覆盖范围和连续性非常有限，盐度观测远远不能满足科学研究和工程建设等方面的需要。故此，发展海洋盐度遥感观测就势在必行。而微波遥感观测是目前获取海表盐度数据最有效的手段

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表盐度和温度进行遥感实验，再考虑了宇宙辐射、大气校正、海表粗糙度度的影响后，海表温、盐反演精度分别达到1°C和1psu。drant公司设计生产了一个多传感器系统名为SLFMR，SLFMR由一个1.4GHz波辐射计、一个9-14微米波段的双通道红外辐射计和一个GPS接收机组成国家海洋大气局(National Oceanic and Atmospheric Administration, 飞机上安装了SLFMR对Chesapeake海湾进行盐度遥感观测。因为人为频率受到污染，无法进行盐度反演。1996年9月，利用SLFMR再次对Chesapea观测，SLFMR的工作频率为1.43GHz，飞机高度为8000英尺，速度为100节的时间内对2000km2的海域进行了观测。空间分辨率为1km，与实测资料比度为1psu(如图1.2)。

【引证文献】