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。     

基于亚马逊热带雨林的HY-2卫星微波散射计在轨测量性能分析

中国第一颗自主海洋动力环境卫星海洋二号(HY-2)卫星于2011年8月16日成功发射,其上搭载的Ku波段微波散射计可以提供海面风矢量信息。根据国际上对已发射星载微波散射计在亚马逊热带雨林的研究结果:散射计在该地理区域观测的后向散射系数随季节的变化在0.15 dB以内。本文对HY-2微波散射计2012—2013年的亚马逊热带雨林区域的观测数据进行了分析,结果表明HY-2卫星散射计在轨运行两年来的测量性能很稳定,其在亚马逊热带雨林的季节性变化特征与国际上的研究结果一致。     

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.     

HY-2卫星雷达高度计风速反演验证

本文给出了海洋二号(HY-2)卫星雷达高度计风速反演的双参数算法模型,并利用Jason-1产品和HY-2卫星微波散射计产品定性验证了双参数算法模型的正确性,同时利用星星交叉比对方法、美国国家浮标数据中心(National Data Buoy Center,NDBC)浮标数据验证方法、美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)再分析数据验证方法三种不同方法对该模型进行定量化验证,结果表明HY-2卫星雷达高度计风速反演的双参数算法模型的反演精度达到2.0 m/s的精度,满足海洋业务应用和科学研究的精度要求,可为用户提供满足观测要求的海面风产品。     

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。     

海洋二号卫星微波散射计数据预处理技术研究

本文在简述海洋二号(HY-2A)星载微波散射计(简称散射计)工作原理的基础上,详细阐述了散射计数据预处理所涉及的关键技术,主要包括几何定位算法和雷达后向散射系数的计算。星载微波散射计数据的地理定位是计算遥感器观测点在地基坐标系中坐标的处理过程。地理定位需要考虑仪器扫描几何、空间位置、天线指向、地球曲率、旋转等因素。传统的遥感数据定位方法依赖于卫星轨道,定位精度难以保障,HY-2A卫星搭载了GPS传感器,提供1 s间隔的卫星平台定位数据,据此建立传感器观测几何与地面面元之间的几何模型,通过模型的解算获得观测面元中心的地理坐标,并计算观测面元的方位角、入射角等参数。随后采用参量代换法从雷达回波信号中计算后向散射系数。     

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。     

海洋二号卫星微波散射计系统设计与应用

海洋二号卫星是我国第一颗海洋动力环境卫星,于2011年8月16日成功发射,搭载的微波散射计是我国第一颗星载海洋风场测量雷达。海洋二号卫星微波散射计采用笔形波束体制,圆锥扫描工作方式,本文给出了微波散射计系统组成、主要性能指标和在轨数据预处理方法,并给出了在轨测试结果及在台风监测中的应用。     

一种新的SeaWinds散射计海面风场反演方法

针对传统的最大似然法存在的主要缺点,在分析SeaWinds散射计模型函数表的基础上,根据雷达后向散射截面积（σ^0）随风速和相对方位角的变化规律,提出了一种新的海面风场反演方法。然后利用SeaWinds散射计部分L2A实测数据对该方法进行了验证．并在等风向间隔的条件下将该方法与传统的最大似然方法对同一实验数据的运行时间进行了比较。实验结果表明,与传统方法相比,该方法运行效率有明显提高,且反演结果与美国L2B反演结果十分接近。     

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。     

Lidar in-space technology experiment measurements of sea surface directional reflectance and the link to surface wind speed

The dependence of sea surface directional reflectance on surface wind stress suggests a method for deriving surface wind speed from space-based lidar measurements of sea surface backscatter. In particular, lidar measurements in the nadir angle range from 10 degrees to 30 degrees appear to be most sensitive to surface wind-speed variability in the regime below 10 m/s. The Lidar In-space Technology Experiment (LITE) shuttle lidar mission of September 1994 provided a unique opportunity to measure directional backscatter at selected locations by use of the landmark track maneuver and to measure fixed-angle backscatter from the ocean surfaces on a global scale. During the landmark track maneuver the shuttle orbiter orientation and roll axis are adjusted continuously to maintain the lidar footprint at a fixed location for a duration of ~1 min. Several data sets were converted to calibrated reflectance units and compared with a surface reflectance model to deduce surface wind speeds. Comparisons were made with ERS-1 scatterometer data and surface measurements.     

Analytical solution of radiative transfer in the coupled atmosphere-ocean system with a rough surface

Using the computationally efficient discrete-ordinate method, we present an analytical solution for radiative transfer in the coupled atmosphere-ocean system with a rough air-water interface. The theoretical formulations of the radiative transfer equation and solution are described. The effects of surface roughness on the radiation field in the atmosphere and ocean are studied and compared with satellite and surface measurements. The results show that ocean surface roughness has significant effects on the upwelling radiation in the atmosphere and the downwelling radiation in the ocean. As wind speed increases, the angular domain of sunglint broadens, the surface albedo decreases, and the transmission to the ocean increases. The downward radiance field in the upper ocean is highly anisotropic, but this anisotropy decreases rapidly as surface wind increases and as ocean depth increases. The effects of surface roughness on radiation also depend greatly on both wavelength and angle of incidence (i.e., solar elevation); these effects are significantly smaller throughout the spectrum at high Sun. The model-observation discrepancies may indicate that the Cox-Munk surface roughness model is not sufficient for high wind conditions.     

低矮房屋屋面脉动风压的预测

利用实测手段研究结构表面风压时,因测点布置数量有限,整个风场面貌不能充分反映,通常用插值法,但直接对时间序列插值难以实现。基于POD技术并借鉴地理统计学中“网格化”思想,对各阶空间本征向量进行处理,引入克里金法插值方法,编制与Surfer软件接口的Matlab程序,利用Surfer软件强大空间插值功能,对结构表面各阶本征向量进行空间插值。通过对台风发生时实测得到的低矮房屋屋盖风压时序的预测及误差分析验证该方法的可行性。研究表明克里金法可弥补三角线性插值法无法外插测点连线范围以外数值的不足,在风压变化梯度较大区域具有优于距离反比法的预测效果。该方法具有较强的通用性,可广泛应用于风洞试验和现场实测。     

HY-2卫星双频GPS精密定轨技术

海洋二号(HY-2)卫星双频全球定位跟踪系统(GPS)接收机获取的GPS数据是基于非差简化动力学方法应用于HY-2卫星精密轨道确定。差分GPS载波相位数据可以消除钟差,同时利用GPS数据获得HY-2卫星轨道和GPS卫星轨道。GPS数据确定的轨道利用激光测距进行了检核,并与法国太空总署确定的轨道以及综合定轨策略确定的轨道进行了比较,HY-2卫星基于GPS数据精密轨道径向成分优于3cm。