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高海况下海面风场在全球海域所占比例较小，但其在海气之间的热量、动量交换方面有很大的贡献。星载主动微波载荷具有全天候、全天时、高空间分辨率、高覆盖度等优势，这对于探测高海况下海面风场，研究海气相互作用、全球气候变化，开展台风等极端天气的动态监测、路径预测与疏散预警具有重要意义。主动微波载荷是利用海表面散射截面与海面风场的定量关系即地球物理模式函数(GMF)反演海面风场。现有的GMF是基于中低海况的海面风场观测资料建立的。在无雨、中低风速条件下，雷达后向散射系数随海面风速单调增加，利用GMF反演的海面风速具有较高的精度。而在高风速、强降雨的高海况条件下，随着风速增大，后向散射系数增速变缓，GMF的变化趋于停滞，海面风速反演精度迅速下降，另外，降雨对微波信号的衰减、体后向散射及雨表面扰动作用，也将给主动微波载荷测风带来影响。
本文从海表面微波信号散射机理入手，分析散射计、合成孔径雷达(SAR)、高度计、全球导航卫星反射信号接收机(GNSS－R)等四类载荷的技术特点及海面风场遥感的技术现状，探讨制约高海况下海面风场反演精度的关键技术问题，开展了理论研究、统计分析与实验验证，并提出创新性的解决方法。主要研究内容如下：
(1)基于散射计的台风参数估计及风场构建研究
降雨对散射计测风的影响及高风速条件下GMF的停滞效应，是制约高海况下海面风场反演精度的两个主要因素。为了校正降雨对散射计测风的影响，本文将推导降雨条件下的雷达方程，并利用2010年全年的ASCAT散射计数据、PR降雨雷达数据及欧洲中期天气预报中心发布的数值预报数据建立匹配数据集，定量分析降雨对散射计测风的影响，提出用于改善降雨条件下散射计测风精度的校正模型即C波段主动微波辐射传输模型。针对高风速条件下GMF的停滞效应，本文将利用散射计数据估算台风参数，并通过GMF反演台风海面风场，然后由台风参数及中低风速海面风场数据拟合台风模型，确定台风模型参数，估计整个台风海面风场的分布。
(2)基于SAR的台风参数估计及风场构建研究
基于海表温度(SST)对雷达后向散射系数的调制作用、降雨对SAR测风的影响及高风速条件下GMF的停滞效应，本文开展利用SAR数据监测台风的研究工作。
针对SST对雷达后向散射系数的调制作用，本文提出基于单通道物理法的SST劈窗算法系数拟合方案，保证稀少浮标点的SST反演精度，然后将反演的SST数据进行融合，生成多日平均SST产品，代入雷达后向散射系数SST调制模型进行SST订正。针对降雨SAR测风的影响，本文将多时次的静止气象卫星红外云图被用于推导台风云系的运动矢量，然后，由该运动矢量及非同步观测微波辐射计降雨数据估算星载SAR数据过境时的降雨强度，进行星载SAR数据降雨订正。针对高风速条件下GMF的停滞效应，本文将SAR台风图像特征、台风物理模型及地球物理模式函数结合起来，提出台风参数估计与风场构建方案。
(3)高海况下双频高度计海面风速反演算法开发
高风速条件下高度计业务化风速反演算法的精度下降以及降雨的衰减、体后向散射和雨表面扰动作用，是影响高海况下双频雷达高度计测风精度的两个主要因素。
为了校正降雨对高度计测风的影响，本节将利用JASON1高度计数据、PR降雨雷达数据和ECWMF数值预报数据建立匹配数据集，定量分析降雨的衰减、体后向散射及雨表面扰动作用对高度计测风的影响，建立垂直入射条件下C和Ku波段的降雨订正模型。为了建立高风速下双频雷达高度计海面风速反演算法，本节将建立JASON1高度计数据、CMORPH降雨数据和HRD台风风场再分析数据的匹配数据集；然后利用降雨订正模型和CMORPH降雨数据对JASON1测量的后向散射截面进行降雨订正，剔除降雨的影响；最后由匹配数据集推导高风速下的海面风速反演算法。
(4)高海况下GNSS－R海面风场反演的精度验证与订正模型研究
工作于L波段GNSS－R载荷受降雨的衰减和体后向散射的影响很小，在高海况的海面风场反演具有独特的优势，本文将利用飓风的GNSS－R观测数据进行海面风场的反演试验，对高海况下GNSS-R海面风场反演的精度进行验证，评估GNSS－R在高海况下海面风场的探测能力，并提出订正模型。