海洋表面参数的监测对海洋资源的开发利用、航海和渔业活动、海洋工程设计与施工都有着重要的帮助。高频海态雷达作为一种重要的海洋表面遥感工具,可以大面积、全天候、实时地监测海洋表面的风、浪、流参数。紧凑型高频地波雷达由于其占地面积小、经济性好、易架设和易维护等优点在全球范围内应用的更为广泛。目前,基于紧凑型高频地波雷达的海洋表面流参数的探测已经较为成熟,而海洋表面风参数的探测仍然存在较多影响其反演性能的问题,这些问题主要包括:(1)风向因子的不确定性。风向因子是高频雷达风向反演的关键,不同海域的风向因子常常不同,在海洋学界尚未就其分布达成共识。常用的半角余弦风向分布不能很好地解释观测到的高频雷达多普勒谱强度分布,因而影响高频雷达对风向的精确估计。(2)由不同海域风浪关系的不确定性带来的风速估计的困难。(3)紧凑型高频雷达波束宽度大、空间分辨低,常规二阶谱方法无法获得风速场估计。(4)由于高频雷达风参数是间接地通过海面状态反推得到的,海面上非风因素会影响雷达回波强度,进而导致风参数估计的误差。针对上述问题,本文在以下几个方向进行相关的研究:(1)提出了两种从紧凑型高频雷达回波数据中提取出风向因子分布的方法。第一种方法通过拟合不同海态下的一阶峰比值分布来提取风向因子,得到的比值分布表明改进后的半角余弦分布能更好的拟合数据;第二种方法通过获取半角余弦s参数的空间分布获得风向因子分布,结果表明双峰的风向因子与数据分布更加近似。两种风向因子都被应用于风向估计并得到较为满意的风场图。该研究证明了紧凑型高频雷达具有风向因子提取能力,并能通过应用提取出的风向因子改进风向反演性能。(2)研究分析了不同风浪关系。在无限风区情况下的雷达实测数据表明简单的PM关系式可以取得比SMB关系式以及JONSWAP关系式更稳定的风速估计结果。而在复杂海态情况下,利用浮标数据训练得到的神经网络比传统的经验风浪关系有更加好的表现。(3)针对紧凑型高频雷达波束宽空间方位分辨低,传统的风浪关系方法不能反演风速场这一问题,提出了基于一阶峰的空间迭代反演风矢量场的方法。该方法利用浮标数据建立了一阶峰强度与风速以及风向因子与风速的半经验模型。通过把上一距离元获得的风速做为近似,去补偿下一个距离的海面单元的一阶峰强度来进行风矢量场的反演。该方法实现了紧凑型高频雷达的风场反演,且可用于提高阵列高频雷达风场覆盖范围。(4)提出了通过联合一阶峰的频移和一阶峰的强度来提取海面浪-流相互作用效应的方法,并在风参数反演过程中补偿该效应。该方法使得高频雷达可用于不同海域浪-流相互作用关系的探索。通过对一维和二维浪-流作用的理论分析,发现在深水区一阶峰强度的变化与理论的二维斜入射的结果相似:呈现明显的倒“V”字型分布。流对Bragg浪强度的影响,会导致基于高频雷达一阶峰强度的风参数估计出现相应的误差。在已知流对Bragg浪的作用时,可以根据雷达测得的海洋表面流失量对一阶峰的幅值进行补偿,使得基于一阶峰的高频雷达的风参数估计有更高的精度。对比结果显示该补偿可以改善风场的反演结果。