提高卫星微波遥感海面盐度反演精度的方法研究

【摘要】：海面盐度是海洋系统中一个非常重要的动力学参数,对研究全球气候变化、全球水循环等具有重要意义。尽管近年来卫星遥感海面盐度取得了快速的发展,但是现有的卫星遥感海面盐度数据产品在部分海域仍未能达到盐度反演精度的需求。 本文围绕提高卫星微波遥感海面盐度反演精度问题,开展了海面盐度的误差分析、反演和误差修正算法、新探测方法的研究。研究工作主要包括以下几个方面： (1)比较了常用的L波段介电常数模型以及粗糙海面亮温模型。 (2)分析了卫星微波辐射计遥感海面盐度的误差来源,在大尺度上模拟仿真分析了海面风速、温度的误差对反演海面盐度精度的影响。 (3)通过比较SMOS、Aquarius和实测盐度,深入研究了海面盐度区域误差特性。推导出SMOS、Aquarius和实测盐度及盐度变化(不同月份间)的误差公式。分析计算不同盐度数据产品的区域误差特性,发现：在部分海域SMOS海面盐度数据产品存在较大的固有偏差；在海面盐度分层明显的近海海域,两辐射计盐度变化之间的差异小于辐射计与实测盐度变化之间的差异。 (4)利用入射角35-55。的SMOS亮温数据替代使用全部入射角亮温数据反演海面盐度,以减小与角度相关的亮温测量误差对海面盐度反演精度的贡献。用该算法反演南中国海及邻近海域(0N-30N,120E-150E)的盐度,结果与Argo浮标盐度和欧空局盐度进行对比,表明该算法提高了该海域的SMOS盐度反演精度。 (5)提出一种修正SMOS盐度区域偏差的算法。该算法通过比较SMOS月平均盐度图与年偏差修正图,修正较大(0.15psu)的盐度区域偏差。将修正前、后的SMOS盐度与Aquarius实测盐度进行比较,结果表明该算法明显提高了近海海域的盐度反演精度,对部分出现降雨的海域、高纬度海域的盐度反演精度也有一定的提高。 (6)提出了L、S、C、X波段辐射计联合反演海面盐度方法。当辐射计极化亮温的测量误差为0.5K时,模拟仿真结果表明：在中低纬度海域,L、S、C、X波段联合反演的盐度精度低于0.15psu;在纬度较高的低温海域,L、S、C、X波段联合反演的盐度精度明显优于L、C、X波段反演的盐度精度。 (7)探索研究了GNSS_R直接反演海面盐度的方法。根据二阶小斜率近似(SSA2)模拟仿真计算得出：当盐度变化lpsu时,水平和垂直极化的归一化散射截面变化均小于0.05dB。根据Fresnel公式和几何光学(GO)近似模型计算得出：当盐度变化1psu时,极化相干相位差的变化约为0.4。。该理论计算结果表明：目前GNSS_R直接测量精度不能达到反演盐度精度的要求。