WaMoS Ⅱ测波雷达系统有效波高反演的精确度检验和误差分析

来源 :自然资源部第三海洋研究所 | 被引量 : 1次 | 上传用户:shylake
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海浪是海洋中十分常见并且非常重要的一种物理现象。了解海浪、研究海浪、利用海浪是人类开发海洋领域的一个重要的步骤。海浪的有效波高在沿岸港口设施的防护、海上航行安全以及海上资源开发等方面是一个重要的设计参数。近些年来,利用X波段雷达系统提取海浪信息正逐步成为人们研究的热点。本文通过研究“向阳红03”科考船搭载的WaMoS Ⅱ测波雷达系统,针对该系统在反演有效波高时存在的问题,对影响有效波高测量的外界因素进行分析。为了更全面的了解WaMoS Ⅱ测波雷达系统,本文首先介绍雷达海浪遥感测量涉及到的雷达散射截面、雷达方程、雷达分辨率、雷达极化等知识。然后描述了Bragg散射、阴影调制、倾斜调制、流体动力调制、轨道调制这些X波段雷达的基本成像原理,并详细介绍WaMoS Ⅱ测波雷达系统的软件和硬件构成以及海浪信息反演具体流程。在分析WaMoS Ⅱ测波雷达系统的工作原理后,本文对比了2017年6月至2018年4月期间6次海上试验期间测波雷达系统反演的有效波高数据与其他测波方法得到的有效波高数据。发现两者在总体变化上较为一致,并且平均误差在测波雷达系统误差的允许范围内(±0.5m)。为了进一步判断测波雷达系统反演的异常有效波高数据对整体结果的影响,分别剔除了误差的绝对值>2.0m、>1.0m、>0.5m的异常有效波高数据,对剔除异常数据后的比测结果进行讨论,发现异常数据对比测结果有较大影响。之后根据其他测波方法得到的有效波高将实际海况划分为<1m、1-2m、2-3m、3-4m四个区间,分别讨论不同区间内有效波高的平均误差和均方根误差的分布情况,得出结论:在1-2m和2-3m的中高海况下,测波雷达系统有效波高的反演效果较为理想,平均误差和均方根误差较小。在<1m的低海况下,有效波高的平均误差和均方根误差较大。在3-4m的高海况下,有效波高的平均误差和均方根误差最大。进一步分析了风速在<5m/s、5-10m/s、10-15m/s、>15m/s这4个区间,以及风向、波向的夹角在<45°、45-90°、90-135°、135-180°这4个区间内有效波高平均误差和均方根误差的分布情况,发现风速<10m/s,风向、波向的夹角45-180°时,测波雷达系统有效波高反演的精确度较低。风速<10m/s,风向、波向的夹角<45°时,测波雷达系统有效波高反演的精确度较高。为了探究降雨对WaMoS Ⅱ测波雷达系统有效波高反演的影响,分析了2017年12月5日至6日海上观测期间测波雷达系统反演的有效波高数据和人工目测的有效波高数据。对比分析有效波高为3.5m、风浪为主导的海况下,未受降雨影响的两个时刻12月5日15:00、15:30和受降雨影响的两个时刻12月6日12:30、13:30的一维频谱和二维海浪谱。以及有效波高为2.5m、风浪为主导的海况下,未受降雨影响的两个时刻12月5日16:30、17:00和受降雨影响的两个时刻12月6日16:00、16:30的一维频谱和二维海浪谱。通过谱分析发现受到降雨影响,测波雷达系统所测得谱能量都有很大的减少,二维海浪谱谱形呈现双峰分布,且谱峰向低波数方向偏移。
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