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海表风场是海洋微波遥感研究中的重要组成部分,它是研究流场、盐度、海气耦合系统的基础海洋要素,也是热带气旋、锋面、漩涡等海洋现象研究中的重要物理参数。海表风场为各类海洋动力参数的数值模拟和预报模型提供初始参数,并在海洋测绘、气象预报、溢油监测等方面广泛运用。近岸海表风场与人类生产、生活以及安全息息相关,特别是周期性的热带气旋等极端天气造成的台风和风暴潮对渔业、港口工程、海上通航影响巨大,因此快速反演高精度的近岸风场信息极为重要。近岸海表风场信息数据的获取方法和技术很多,相比于浮标零星的数据覆盖度,散射计较低的分辨率,合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)因其分辨率高、穿透能力强、重访周期短,成为近岸范围内监测风场细节信息、探索中小尺度海面风波动的有效技术手段,也是海洋微波遥感的重要研究方向。本文以欧空局最新发射的Sentinel-1为SAR图像数据源,围绕SAR海表风场反演可行性和适用性这一主要问题,分别对长江口近岸海域中性风场和西北太平洋海域高风场进行SAR风场反演。通过SAR反演结果与欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)提供的模式风场以及实测风场等数据资料,基于海面风场SAR遥感机理,探讨小波变换与傅里叶变换相结合提取风向信息的可行性,并讨论针对长江口近岸海域SAR风速反演的基于地球物理模式函数(Geophysical Model Function,GMF)的最佳CMOD模型,便于后续提取长江口沿海长时间序列风场数据。针对西北太平洋海域上的含台风要素的SAR图像进行台风风场反演,分析了 SAR应用于高风场反演的可行性,以及CMOD系列模型在高风场的应用效果和归一化后向散射截面(NRCS,normalized radar backscatter cross section)饱和问题,并对这一研究领域的发展前景与存在的问题提出了自己的见解。主要研究结果如下:’(1)中性风场反演中,除个别包含复杂纹理特征的SAR子图像以外,SAR风场反演精度整体优于ECMWF模式风场;经过多级小波变换后的风向提取结果更优,三级、二级、一级小波变换的均方根误差分别为31.6°,29.7°,23.5°;其中,经过二级小波变换之后的整景SAR图像结合风向信息代入到CMOD系列模型中反演得到的风速精度最优,均方根误差控制在0.8m/s;比较适合长江口外近海海域的是CMOD-IFR2和CMOD4,均方根误差分别为1.08m/s和1.05m/s。(2)高风场反演中,利用傅里叶变换提取的SAR图像上的风向与风致条纹吻合,风向呈旋涡状围绕着低风速的圆形台风风眼,并且根据风向和风速反馈到的信息可以看出捕捉到的台风风眼位置比ECMWF模式风场所反映出的台风风眼位置更加准确,ECMWF模式风场整体延时约2.5h。除此之外,台风风眼中心的风速与ECMWF模式风场的结果较为一致;但是有风眼向外侧风速普遍在20m/s左右,而非像ECMWF模式风场一样具有极强的连贯性,由风眼向外侧风速逐渐增加到20m/s。整体来讲,因高风场风矢量变化速度极快,两者风场结果差异较大。(3)SAR风场反演的局限性:针对中性风场,风向提取过程依赖于风致条纹,当SAR图像缺乏风致条纹,或者某些尺度相似的线性条纹并不是由风引起时,根据SAR影响提取到的风向会产生较大的误差,进而影响风速反演,未来应减轻风致条纹在反演中的比重,例如运用多普勒频移等参数。针对高风场,风致条纹清晰、稳定,有利于风向提取,但是同极化SAR数据源在高风速剧烈海况下,存在一定程度的NRCS饱和问题,导致反演得到的风速突变,使得反演结果不准确;除此之外,高风场反演的验证数据获取困难。