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近几年来,随着国内外遥感应用领域研究的不断拓展,将主动与被动两类微波遥感器相结合进行包括海面风场在内的地物目标探测或反演研究,已成为海洋遥感应用研究方面的一个重要发展方向。微波辐射计和微波散射计综合用于海面风场研究,具有很强的互补性,能够有效克服单一传感器的不足,对于实现各种天气条件下海面风场反演具有重要价值。
本论文对微波辐射计和微波散射计海面风场的主被动综合反演问题进行了研究,分析了海面风场与后向散射系数、辐射亮温的相互关系,提出了应用核函数研究与海面风场相关的海面散射模型和海面发射率模型共性问题的观点,指出了由核函数揭示的海面不同尺度波相互作用、倾斜不变性和谐波展开等问题。
结合核函数的分析,论文应用电磁散射理论对海面散射近似模型进行了深入研究,给出了由散射近似模型建立的模式函数,提出了一种简化的海面曲率近似模型(RLCA3)的快速算法。考虑到由风场引起的海面电磁散射测量在迎风和顺风方向上的不对称性,推导了非高斯海面的后向散射及双站散射模型,并结合数据分析,提出了一种经验方法,使得模型与目前的散射反演中采用的模式函数较为一致,进而建立了用于综合风场反演的模式函数查找表。
对于微波辐射问题,论文研究了海面微波辐射传输模型,特别是对风场影响下的海面发射率模型,并从核函数的观点出发,对双尺度模型和小坡度模型进行了分析,给出了模型中的谐波结构。在计算方法上采用了小坡度模型,完成了全极化辐射计四个频率的海面发射率查找表形式的模式函数,并为最后进行海面风场的主被动反演准备了条件。
为了验证散射模型和海面发射率模型的合理性,论文最后应用时空匹配的后向散射系数和辐射亮温数据进行了海面风场的综合反演。在该问题的研究中,我们主要解决了如下问题。(1)数据源问题:我们应用了QuikSCAT和WindSAT的数据通过时空匹配得到在同一风矢单元中的主被动两类数据--后向散射系数和亮温,解决了两类数据的匹配;(2)大气及海面温度对亮温的影响问题:我们结合NCEP、AMSR、AVHRR和匹配数据,通过拟合得到了用于计算大气透过率及海面温度的拟合参数。(3)综合反演问题:将海面发率模型、辐射传输模型、雷达后向散射模型三者结合用于风场综合反演模型。由于不同通道不同极化对海面风场具有不同的敏感性,提出了一种采用组合方法实现海面风场综合反演的算法。通过应用仿真数据实验及应用匹配数据计算检验,说明了综合反演算法反演海面风场的有效性。