星载波谱仪海面风场反演研究

论文摘要

海面风场是最重要的气象参数之一,精准的海面风场信息不仅能帮助我们更加深入地了解地球上的气象系统,还能用来预报天气,特别是灾害式天气。中法海洋卫星CFOSAT（China-France Oceanography Satellite）上搭载的波谱仪SWIM（Surface Waves Investigation and Monitoring）是一种旋转扫描的小入射角雷达,主要用于探测全球范围的海浪方向谱,而它独特的工作方式,可以获取某一测量点随入射角和方位角（0～360°）变化的海面后向散射系数,可为海面风场的反演提供基础数据,本文基于SWIM的观测数据成功反演出了海面风场。论文首先利用无雨时SWIM后向散射系数σ0、双频降雨雷达DPR（Dual-frequency Precipitation Radar）双波段（Ku和Ka波段）的σ0和欧洲中期天气预报中心ECMWF（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）风场数据,验证了无雨时小入射角下σ0随相对风向存在各向异性与不对称性,并且分析了全方位向平均以后的σ0、不对称性以及各向异性的幅度与风速和入射角的关系。然后利用有雨时DPR双波段的σ0和ECMWF风场数据,验证了大到暴雨时小入射角下σ0随相对风向仍存在各向异性与不对称性。入射角在10°附近时σ0基本不随风速变化,因此选择10°附近的σ0数据重点分析了降雨对σ0的影响,并且利用四次多项式模型对降雨率和σ0数据进行了拟合,模型有很好拟合优度。最后基于小入射角下σ0的各向异性与不对称性和σ0随风速变化的经验模型,利用SWIM数据反演出了海面风场信息。其中0°、2°和4°波束的σ0数据反演出的风速相对于ECMWF风速的均方根误差分别为1.22 m/s、1.23 m/s和1.49 m/s。风速大于7 m/s条件下,10°波束的σ0数据反演出的风向相对于ECMWF风向的均方根误差为18.87°。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 本文研究内容和结构
•   1.4 本文主要贡献
• 2 小入射角下海面散射机理及风场反演理论
•   2.1 波谱仪SWIM简介
•   2.2 后向散射系数
•   2.3 准镜面散射
•   2.4 小入射角下雷达风场反演理论
•   2.5 本章小结
• 3 小入射角下雷达海面后向散射系数特性分析
•   3.1 数据说明
•   3.2 无雨条件下后向散射系数的各向异性与不对称性
•   3.3 有雨条件下后向散射系数的各向异性与不对称性
•   3.4 降雨对雷达后向散射系数的影响研究
•   3.5 本章小结
• 4 星载波谱仪海面风场反演
•   4.1 反演和验证数据说明
•   4.2 风向的反演
•   4.3 风速的反演
•   4.4 本章小结
• 5 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黎鹏

导师: 陈萍

关键词: 小入射角雷达,波谱仪,后向散射系数,海面风场,反演

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,海洋学

单位: 华中科技大学

分类号: P714.2

总页数: 66

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