海洋二号卫星雷达高度计测高误差校正算法及验证

影响星载卫星雷达高度计测高精度的因素很多,其中大气干对流层延迟、大气湿对流层延迟、大气逆压延迟、电离层延迟以及海况偏差直接影响海表面高度计算精度。本研究开展了海洋二号卫星雷达高度计上述误差修正算法研究,并利用国外较为成熟的Jason-1/2和Topex/Poseidon(T/P)卫星雷达高度计数据产品对海洋二号卫星雷达高度计使用的误差校正算法进行验证。结果表明,海洋二号卫星雷达高度计数据处理时使用的误差校正算法均可满足精度要求。     

HY-2A卫星雷达高度计设计及其在轨工作结果

海洋二号(HY-2A)卫星是我国第一颗海洋动力环境卫星,雷达高度计是HY-2A卫星的主载荷之一,发射入轨后仪器工作正常,并获得了大量有效的观测数据。该仪器在20 m有效波高条件下测高精度达到了4 cm,在4 m有效波高条件下测高精度达到了2 cm,其产品精度接近Jason-2卫星高度计。本文就HY-2A卫星雷达高度计系统设计和在轨初步结果进行论述。     

风浪谱模型在高度计风速反演中的应用

依据粗糙海面电磁波镜面散射理论,将根据全波数范围内的风浪谱模型计算的标准化雷达后向散射截面与T/P卫星高度计测得的雷达后向散射截面(Ku波段)进行比较,实现了对高度计风速的反演.研究表明,在所选浮标附近海域,波龄因子对高度计风速反演存在较大影响.与目前高度计业务化算法相比,考虑波龄因子影响后,根据谱模型反演获得的风速与中国近海浮标风速之间均方根误差和平均偏差更小.由于波龄因子可以根据高度计测得有效波高以及业务化算法获得的风速得到,因此根据风浪谱模型反演获得的风速具有广泛的适用性.     

海洋二号卫星扫描辐射计海洋参数反演算法研究

针对海洋二号(HY-2)卫星扫描辐射计,利用辐射传射方程模拟,建立了海面温度、海面风速、大气水汽含量、大气液态水含量和雨率的反演算法,并利用扫描辐射计在轨数据对上述参数进行反演。经过对反演的海面温度和风速全球产品的真实性检验表明,算法合理可行,能够反演大气海洋参数,反演精度满足设计指标需求。目前,其他参数的反演产品的检验还在进行,而且反演算法还要根据对辐射计测量值定标的深入而进一步优化。     

基于HY-2高度计波形数据的高分辨率有效波高反演算法研究

有效波高是描述海况的重要参量之一,利用高度计遥感获取有效波高已在海洋研究中获得广泛应用。本文基于海洋二号(HY-2)卫星高度计波形数据,发展了一种高分辨率有效波高反演算法,采用中误差对反演得到的20 Hz有效波高进行筛选,有效提高了测量精度。通过该方法对1个轨的波形数据进行有效波高反演,统计结果表明:与针对1 s回波反演的有效波高比较,利用该方法可将有效波高观测分辨率提高约15倍,精度约为0.44 m;利用HY-2高度计20 Hz波形数据反演的有效波高精度可靠,可用其进行高分辨率的相关海洋研究。     

HY-2卫星微波散射计在西北太平洋台风监测中的应用研究

本文在简述海洋二号(HY-2)卫星微波散射计工作机制及海面风场反演原理的基础上,针对HY-2卫星微波散射计在轨运行的数据,利用该散射计数据开展海面台风中心定位、结构、台风路径、风速等值线、大风半径等台风参数的定量化应用分析研究。同时将HY-2卫星观测到的海面风场与风云二号(FY-2E)卫星云图进行融合展示,并将HY-2海面风场与ASCAT反演的海面风场和浮标提供的观测数据进行对比验证,多方面的定量分析显示出HY-2卫星海面风场观测的有效性和在台风监测中的优势。最后,对HY-2卫星微波散射计的优缺点进行分析,展望了其可能的改进方向。     

GPS浮标测高精度影响因素研究

海洋二号(HY-2)卫星高度计已在轨运行两年多,亟需深入开展海面高度定标工作,基于全球定位系统(GPS)浮标的高度计海面高度定标法是主要的定标方法。GPS浮标定标法的定标精度受到时间窗口、浮标姿态、温盐以及相位中心等因素影响。为了提高高度计海面高度GPS定标法的定标精度,本文对影响GPS浮标测高精度的主要因素进行了分析研究。结果表明,在充分考虑影响因素基础上自主研制的GPS浮标高程测量精度可以达到1 cm,满足高度计海面高度定标要求。     

HY-2A微波散射计风场反演算法

本文针对我国首颗自主发射的海洋二号(HY-2A)卫星微波散射计,建立了业务化运行的风场反演算法,该算法将散射计海面风矢量反演分为粗搜索和精搜索两个步骤,有效地提高了运算效率。采用矢量圆中数滤波算法进行风向模糊解去除,并采用NCEP风场作为背景场对初始场进行选择,提高了模糊去除准确性。算法的反演结果经与NDBC对比和ASCAT风场星星对比验证,结果表明HY-2A卫星微波散射计可提供风速精度优于2 m/s或10%,风向精度优于±20°的海面风场观测产品,可满足海洋科学研究和海洋业务应用的需求。     

A mono-window algorithm for retrieving sea surface temperatures by using mid-infrared data

基于中红外波段受大气水汽影响小的特点,从大气辐射传输的角度,提出了利用中红外数据反演海表温度的单通道算法.该算法适用于单通道的中红外数据,时空变化适应性强,对大气温湿廓线等辅助信息的精度要求较低.为了验证该算法的可行性和准确性,将此算法反演的海表温度产品与美国国家数据浮标中心提供的浮标数据及MODISSST标准产品进行了比对验证.结果表明,此单通道算法反演的海表温度达到了较高的精度,能够满足海洋锋面、上升流、海洋涡旋等短周期海洋现象的观测需求.     

HY-2卫星微波散射计反演风矢量产品真实性检验方法研究

海洋二号(HY-2)卫星微波散射计主要用于测量海表面的风速和风向,为了确保地面应用系统业务化处理软件生产产品的质量,必须对其生产产品进行真实性检验,为数据产品的定量化应用提供依据。本文基于NCEP分析资料数据,对HY-2卫星微波散射计反演风矢量产品进行了真实性检验,检验结果表明:采用NCEP分析数据,除了可以给出HY-2卫星微波散射计反演风矢量产品的整体精度评价之外,还可以用于快速分析与圆锥扫描笔形波束体制相关及测量机理的精度特性分析,辅助分析识别仪器在轨测量性能的短期异常。     

海洋二号扫描微波辐射计冷空定标和地球物理参数反演研究

本文研究了海洋二号(HY-2A)扫描微波辐射计冷空定标方法和数据反演算法。针对HY-2A扫描微波辐射计对地观测和定标扫描的设计原理和观测几何,基于微波辐射计的对地观测数据修正进入冷空反射器的地球信号,建立地面观测亮温的冷空反射器权重系数矩阵修正冷空观测信号;基于海面温度、海面风速、水汽含量和云液态含量的微波辐射计辐射传输模型,计算HY-2A扫描微波辐射计不同条件下的各频率极化方式下的理论亮温,建立线性回归模型,拟合不同地球物理参数的反演系数,采用多元线性回归算法反演HY-2A微波扫描辐射计地球物理参数,对比国外成熟微波辐射计数据,得到产品精度。     

海洋二号卫星3个主要载荷风速测量比较

海面风速对海洋中动能的转移、海气间物质和能量的交换具有非常重要的作用。海洋二号(HY-2)卫星搭载的雷达高度计、微波散射计和扫描微波辐射计均可以用来探测海面风速。区别是雷达高度计只能测量星下点风速,微波散射计可以得到宽刈幅的风场(包括风向和风速),扫描微波辐射计可获得宽刈幅的风速。为了更好地分析3个载荷风速测量能力,针对2013年9月19日"天兔"台风影响海域范围内的海面风速,比较了3种载荷的探测结果。结果表明,在小于20 m/s风速范围内,雷达高度计和微波散射计探测到的风速非常接近,标准偏差小于2m/s,而扫描微波辐射计测量的风速比另外两个载荷测量的风速大;在20～35m/s风速范围内,雷达高度计和扫描微波辐射计风速较为接近;在大于35 m/s的高风速区,只有扫描微波辐射计可以探测出风速,但其测量精度还需要进一步验证。     

HY－2卫星微波散射计海面风矢量场反演技术研究

主要针对HY-2卫星微波散射计,提出反演海面风矢量模型算法,并进行误差精度分析,给出了HY-2卫星微波散射计数据获取、预处理、风矢量场反演和产品制作技术流程,为HY-2卫星发射上天后能尽快发挥应有的效益做好技术准备,以此推动我国海洋微波遥感技术的发展.     

基于全极化微波辐射计WindSat亮温数据的海面风场反演

根据全极化微波辐射传输理论,利用双尺度模式建立了海面辐射亮温的反演算法,并且利用美国发射的全球第一个星载全极化微波辐射计(WindSat)在轨运行期间的亮温数据进行了海面风场的反演,重点分析了风向反演的模糊度问题,并对风场反演结果进行了评估.研究结果初步验证了全极化辐射计在卫星上遥感海面风场的能力:与美国国家环境预报中心(NECP)的数据进行比较,反演的风速误差为1.15m/s,5m/s以上风速下的风向误差为21°;与TAO浮标数据进行比较,风速误差为1.4m/s,风速5m/s以上的风向误差为20.5°.     

海洋二号卫星主被动微波遥感探测技术研究

介绍了海洋二号(HY-2A)卫星4个微波有效载荷(雷达高度计、微波散射计、扫描微波辐射计和校正微波辐射计)的功能、性能和设计指标。HY-2A卫星突破了我国微波遥感设备技术上的瓶颈,为海洋环境监测预报业务化和防灾减灾提供了必要的海洋观测手段,解决了我国自主海洋动力环境参数遥感观测有无的问题。HY-2A卫星的成功发射和业务化运行为我国海洋卫星发展规划打下了坚实的基础。     

基于SSM/I数据的神经网络方法反演海面风速

研究了单参数神经网络(SANN)模型、多参数神经网络(MANN)模型及复合多参数神经网络(CMANN)模型对使用SSM/I数据反演海面风速精度的影响,并对增加85.5GHz垂直和水平极化亮温作为输入项对反演精度的提高进行了验证.重点发展了一种新型的CMANN算法,并分析了它在不同风速范围下的反演效果.随着风速的增加,反演风速的精度也有提高,高风速(≥15m/s)较低风速有更小的风速误差.比较表明,此方法的反演效果优于以往的各种SSM/I反演风速算法.反演风速的范围为0～25m/s,在晴天和云天混合状况下反演风速与实测风速的均方根误差为1.61m/s,晴天则达到1.46m/s.     

HY-2卫星地面应用系统综述

海洋二号(HY-2)卫星地面应用系统是HY-2卫星工程五大系统之一,具备HY-2卫星数据的接收、处理、定标和验证以及数据应用等功能。HY-2卫星地面应用系统具备稳定可靠运行的卫星接收系统,接收我国南海、东海、黄海、渤海及东北亚周边海域的实时数据;建设了包括多星运行计划管理、接收预处理、精密定轨、运控通信、数据处理、产品存档及分发服务和业务应用在内的HY-2卫星数据处理中心,每天处理海洋动力环境产品并向国内外用户提供数据分发及应用服务。为了全面的介绍HY-2卫星地面应用系统,本文分别对地面应用系统中主要分系统的组成、功能和业务流程等进行了综述。     

利用海洋卫星HY-1数据反演叶绿素a的浓度

利用去包络线法分析了叶绿素的光谱特征,构造了一种新的指数NDPI（Normalized Difference Pigment Index）反映海洋中的浮游植物。以辽东湾为研究区,通过我国第一颗海洋水色卫星HY-1数据获得NDPI值,再根据实测数据建立了叶绿素a浓度反演模型。和波段比值法及类似SeaWiFS的OCAv4算法比较,NDPI算法优势明显,算法稳定。根据该算法反演整个海区的叶绿素a分布,和前人的现场调查有很好的一致性。结果表明HY-1可用于海洋叶绿素反演,用NDPI算法能获得实时大面积海域叶绿素a浓度。     

HY-2A卫星大气校正微波辐射计在轨数据定标和检验研究

海洋二号(HY-2A)卫星大气校正微波辐射计(ACMR)是为雷达高度计提供大气路径延迟校正的微波辐射计。本文针对ACMR热真空定标试验的原理、方法、实施过程及试验结果进行了阐述和分析,得到了ACMR 3个频率的辐射传输系数和非线性系数,并进行了天线订正的发射前算法分析,给出了天线温度系数。利用这些系数对在轨数据进行了处理,得到了在轨天线温度转换系数,并与Jason-1、Jason-2卫星上搭载的微波辐射仪(JMR)进行了匹配比较,结果表明一致性良好。     

用SeaWinds散射计数据反演海面风矢量的神经网络模型

针对构建用SeaWinds散射计数据反演海面风矢量的神经网络模型所面临的主要问题,结合SeaWinds散射计的几何观测特征,提出了适合SeaWinds散射计旋转圆锥扫描方式的先风向后风速的两步神经网络反演模型及相应算法,并采用两组不同的L2A和相应L2B数据及浮标数据对该神经网络反演模型进行了初步验证。实验结果证明了该神经网络反演模型的可行性。与最大似然估计（MLE）反演方法相比,该神经网络反演模型在能够保证反演精度的情况下,运行效率提高了约5倍,从而为海面风矢量的实时反演提供了可能性。