论文部分内容阅读
海面风场是影响海洋环流和海气相互作用的重要物理海洋参数，是驱动海面波浪运动的直接动力。准确掌握风场信息对海上交通、渔业、海洋工程、海洋能源开发、海洋灾害监测乃至海洋安全等关系国计民生的重大事项具有特别的意义。合成孔径雷达(SAR)遥感具有全天时全天候的对海观测能力，单景SAR图像即可获取上万平方公里范围内的海面风场信息。随着各种SAR卫星星座的组成，雷达遥感的时间分辨率也获得了大幅度的提高。SAR海面风场遥感技术的应用不仅为海面风场遥感提供了连续而可靠的观测平台，而且推动了多种与海面风场应用相关的学科发展。
本文基于SAR海面风场遥感的基本理论，研究了SAR风场反演模式的评价方法和SAR海面风场观测模式的优选方法，并基于SAR遥感数据研究了评估近海海上风能蕴藏量的方法，基于高时间分辨率SAR数据获取了浒苔和海面油膜在近海漂移扩散的运动规律。文章具体研究内容包括：
(1)根据SAR海面风场反演方法的基本理论和原理，解释了SAR海面风场反演的基本流程和关键技术。通过对比分析目前应用最为广泛的三种C波段主动微波海面风场地球物理模式函数(Geophysical ModelFunction，GMF)，获取了不同参数条件下的模式正演结果及响应差异，评价了风场反演过程中风速对后向散射系数变化的敏感度。
(2)系统分析了SAR海面风场反演误差成因，指出风向测量误差和后向散射系数误差是海面风速反演结果误差的主要来源，并研究了两种误差在风场反演中的叠加效应。基于三种模式中不同参数误差对风速反演精度的影响，研究了SAR风场反演模式的误差评级标准。并分别获取了三种模式函数在不同条件下的误差评级，指出了不同风场反演模式的适用性。
(3)基于SAR海面风场反演流程，本文提出了海面风场遥感模式优选组合的方法。通过数据编程阶段的雷达遥感观测模式优选和数据处理阶段的海面风场反演模式优选，实现了以优选雷达观测参数获取SAR图像，并以优选模式函数获取海面风场反演结果。通过将不同模式海面风速反演结果与相应浮标数据对比，认为模式优选组合能够有效降低风场反演结果的平均误差和均方根误差。
(4)针对海上风能开发对评估海上风能蕴藏量的应用需求，并参照传统海上风能蕴藏量的评估方法，研究了基于SAR海面风场反演数据评估海上风能蕴藏量的方法。并针对中国东海部分海域开展了SAR海上风能蕴藏量评估试验性研究，通过获取同一地区多时相SAR数据，并参考浮标、散射计数据，分析了试验区不同高度层的海上风能蕴藏量，绘制了随季节变化的海上风功率密度分布图。通过分析风电机组在试验海域的发电容量系数，评估了相应海域的风能开发潜力。
(5)基于小时级高时间分辨率SAR遥感数据，本文分别研究了浒苔和海面油膜等海上目标的漂移扩散运动规律。通过研究2009年南海溢油漂移扩散试验获取的相隔40分钟的两景COSMO-SkyMed数据，评估了海面风场和海表流速对海面油膜漂移扩散运动的影响。通过对比两景间隔48分钟的COSMO-SkyMed卫星X波段SAR遥感影像，实现了对2008年7月15日晚间的青岛浒苔的动态监测。
文章最后分析了SAR海面风场遥感技术的发展前景，评估了高重访率SAR卫星系统在海面风场遥感应用领域的发展潜力。