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海面风速的高度计反演算法和海水散射的光学特性研究

顾艳镇  
【摘要】: 第一篇高风速条件下的高度计风速反演算法研究 台风有巨大的破坏作用,它不仅会给人类正常的生产、生活造成巨大影响,而且会影响到海洋上层的生态和物理过程。一个好的风速反演模式有助于我们更好地了解和预报台风的路径和强度,有助于更好地反演台风经过时的海表面高度和获取海洋热容量和热通量。总之,台风与海洋工程学、物理海洋学和海洋生物学等学科有着密切的联系。因此,对高风速反演模式的研究具有重要的学术意义和实际应用价值。 对于海表面风速反演的研究,一直是一个备受关注的研究课题。但是受制于高风速资料的缺乏,以往的反演方法多用于风速小于20 m/s的情况。本篇旨在获得一个适用于高风速条件下的高度计风速反演模式。 本篇作者首先介绍了已有几种比较有代表性的风速反演方法,分析各种方法的优缺点。然后针对高风速资料缺乏这一问题,作者沿用Young (1993)的研究思路,分析了三种有代表性的风模式,最终确定用Yin(2007)模式代替Young使用的Holland模式计算获得高风速资料,并通过台站实测资料验证了Yin模式风速资料的准确性。作者将所得风速应用于Jason-1高度计风速反演模式函数研究,得到了一个适用于10~40m/s的风速反演算法。通过跟Young(1993)算法和Jason-1现有业务化算法对比表明,当风速值小于27m/s时,该算法和Jason-1业务算法具有相近的精度,当风速值大于20m/s时该算法在精度上要明显地好于Young提出的算法。因此,本篇提出的算法改进了高风速条件下高度计风速的反演,具有更广泛的适用范围,可以作为Jason-1业务算法在高风速条件下的补充。 第二篇渤海海区颗粒物的后向散射系数和光束散射系数统计模型研究 因为遥感反射率和后向散射系数直接相关,所以后向散射系数是建立水色遥感分析模式的重要参数。但是由于测量技术和经费的限制,直接测量的后向散射数据比较缺乏,因此迫切需要找到一条间接途径获得后向散射系数。研究海水所含颗粒的后向散射系数与光束散射系数之间的关系是一条有效途径。 本篇首先介绍了渤海海区水体的固有光学量的测量方法和预处理技术。针对AC9(9通道吸收系数与衰减系数测量仪)和HS6(6通道后向散射测量仪)的四个波段(442nm、488nm、532nm、676nm)在渤海海域的测量数据,作者通过分析其中三个波段的数据发现:海水所含颗粒的后向散射系数和光束散射系数之间具有很强的相关性。二者的关系可用两种不同的函数模型描述:在黄河口外海断面可用二次多项式模型描述;而在渤海湾、辽东湾和秦皇岛断面可用幂函数模型描述。将HS6在对应波段实际测量的后向散射系数与反演值进行比较可以发现,上述两个函数模型的反演值与实测值都有很好的相关性(分别为85%和96%),平均相对误差较小(分别为24%和18%),均方根误差分别为0.013和0.055。这表明上述函数模型作为反演模式在对应海域可用。因此,通过AC9的测量数据进行计算获得海水中颗粒物的后向散射系数,可增加后向散射系数的数据量,这对于推动水色遥感分析模型的发展具有重要意义。后向散射系数和光束散射系数之间函数模型随海域的不同而不同的可能原因是:(1)在无机悬浮物含量比较高的海域,无机悬浮物的颗粒形状确定后向散射系数和光束散射系数之间函数关系;(2)在无机悬浮物含量比较低的海域,优势藻类细胞形状对后向散射系数和光束散射系数之间的函数关系有更重要的影响。


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