第30卷 第1期 2010年2月

气象科学

SCIENTIAMETEOROLOGICASINICA

Vo.l30,No.1Feb.,2010

钟剑,黄思训,张亮.星载微波散射计资料反演海面风场进展研究.气象科学,2010,30(1):137-142. ZhongJian,HuangSix-un,ZhangLiang.Researchonthedevelopmentofsurfacewindretrievalfrommicrowavescatterometer.ScientiaMeteorologicaSinica,2010,30(1):137-142.

星载微波散射计资料反演海面风场进展研究

钟 剑 黄思训 张 亮

(解放军理工大学气象学院,南京211101)

摘 要 对星载微波散射计资料反演海面风场的国内外研究进展作一评述。首先介绍星载微波散射计反演海面风场的基本原理;然后对利用地球物理模型函数的反演方法中地球物理模型函

数的建立与求解算法及模糊去除过程做了全面评述;最后对神经网络和遗传算法等不利用地球物理模型函数风场反演方法的应用作了相应说明。目前利用模型函数反演方法日趋成熟,但仍然有进一步改进的可能,尤其对于降水、台风等恶劣天气情况;而神经网络和遗传算法为以后进行风场反演改进亦提供了一种可行途径。

关键词 风场反演 地球物理模型函数 遗传算法 神经网络 分类号 P425 文献标识码 A

Researchonthedevelopmentofsurfacewindretrievalfrommicrowavescatterometer

ZhongJian HuangSixun ZhangLiang

(InstituteofMeteorology,PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing211101,China)

Abstract Thispapersummarizedsomeprogressesofresearchaboutwindretrievalfrommicrowave

scatterometer.Firstly,theprincipleofwindvectorretrievalfrommicrowavescatterometerwasintroduced.

Then,itgaveanintroductionofresearchonwindretrievalincludingtheestablishmentandsolutionofge-ophysicalmodelfunction(GMF)andthemethodsforambiguityremova.lLastly,theresearchofneuralnetworkandgeneticalgorithmusedinwindretrievalwaspresented.ItdrewtheconclusionthatthemethodusingtheGMFhaddevelopedsuccessfully,butitcanstillbeimproved,especiallyforthesevereweatherlikeprecipitationandtyphoon.Moreover,thenewmethodsofneuralnetworkandgeneticalgorithmpro-videdanotherwayforwindretrievalimprovemen.t

Keywords Windvectorretrieval Geophysicalmodelfunction(GMF) Geneticalgorithm Neuralnetwork

引 言

在海洋学中,海面风场是一个重要的物理参数,

气象台站等常规观测系统,不论过去或将来,这些常规观测系统提供的观测数据都起着十分重要的作

用。但是,对覆盖全球70%的海洋来说,利用常规观测系统所得到的海面风场资料数量相对较少,难以满足各方面的需要。卫星遥感技术的发展为获取

影响着海洋和大气的各种现象。目前,海面风场资料的获取主要是通过船舶、海上浮标及沿岸和岛屿

收稿日期:2008-12-18;修改稿日期:2009-03-23

基金项目:国家自然科学基金(40775023),公益性行业(气象)科研专项(GYHY20080629)

第一作者简介:钟剑(1984-),男,长沙,博士生,主要从事卫星资料反演.zhongjianjian2008@http://通讯作者:黄思训,教授,huangsxp@http://

138气 象 科 学 30卷

射的雷达功率,R为天线与目标之间的距离,K为波束波长,G为天线增益,!表示区域面积。可见,后向散射截面与波束的波长有关。

Bragger散射主要受海表面的重力-毛细波影响,而重力-毛细波的产生是由海面上风场的变化所引起的,Stoffelen(1998a)从理论上说明了重力-毛细波的分布(能量密度)与风向、风速之间具有相关联系

[1]

大面积海面风场信息提供了可能,加强对卫星遥感反演海面风场的应用研究将会提高对未来海面风场

的预报能力。其中,微波散射计就是一种重要的遥感手段,它可以全天候地测量海面风速和风向。近年来随着国内外对微波散射计的研究,散射计反演海面风场日趋成熟,能够为研究大气、海洋和气候提供大量的重要数据

[1]

。

到目前为止,已成功发射并使用的散射计主要包括:欧空局的ERS-1,2/SCAT,ASCAT,美国的Seasa-tA/SASS,QuikSCAT,美国和日本的NSCAT,SeaWinds等。其中,欧空局的ERS-1,2/SCAT卫星散射计为人类提供了迄今为止历时最长的大面积海面风场数据。微波散射计按频段分为Ku波段散射计和C波段散射计

[2]

。

由此可见,雷达后向散射截面与海面风场之间具有必然联系,从而可以通过风向和风速计算得到雷达后向散射截面,这属于正问题范畴;而通过雷达

后向散射截面来反演海面风场则属于反问题的范畴。众所周知,反问题往往是不适定的

[4-5]

,由于问

。

题的不适定性,给反演海面风场带来很大的麻烦。于是,设计有效稳定的算法是非常必要的,寻找既能克服系统的不适定性,又具有更高的精度,同时还具有抗噪性的算法,这是摆在我们面前的艰巨任务。

微波散射计发展至今,经历了多个发展阶段,其功能和测量精度不断提高。目前最先进的星载微波散射计能够测量的海面风速范围为3~30m/s,误差为?2m/s或10%,风向测量范围为0~360度,误差为?20度。星载散射计被认为是目前迅速获取大面积海面风场的最理想遥感器

[3]

2 海面风场反演方法的进展研究

目前,利用星载微波散射计反演海面风场可以

分为两类:利用地球物理模型函数的反演方法和不利用地球物理模型函数的反演方法。利用地球物理模型函数的反演方法经过多年来的研究,已日趋成熟。近年来,随着人们对散射计风场反演研究的深入,出现了一些新的方法,比如说神经网络和遗传算法,这些方法不需要考虑复杂的地球物理模型函数,并能取得较好的反演效 …… 此处隐藏：9540字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……