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《全極化微波輻射計(jì)遙感海面風(fēng)場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和科學(xué)問(wèn)題》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、關(guān)鍵技術(shù)和科學(xué)問(wèn)題王振占,姜景山,劉怡,殷曉斌(中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心,北京100190)[摘要]全極化微波輻射計(jì)是一種新型的微波遙感器,它不但測(cè)量目標(biāo)微波輻射信號(hào)的兩個(gè)正交極化分量,并且測(cè)量?jī)蓚€(gè)正交極化分量的復(fù)相關(guān)量。這些相關(guān)信息對(duì)于表面微波輻射的各向異性更加敏感,這樣就提供了測(cè)量海面風(fēng)場(chǎng)的一種手段。文章在介紹國(guó)內(nèi)外全極化微波輻射計(jì)現(xiàn)狀和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,首先對(duì)于全極化微波輻射計(jì)遙感海面風(fēng)場(chǎng)的原理及其影響因素進(jìn)行分析;然后,從全極化微波輻射計(jì)的硬件設(shè)計(jì)和定標(biāo)兩個(gè)方面論述了硬件實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題;最后,對(duì)于風(fēng)場(chǎng)反演的有關(guān)科
2、學(xué)問(wèn)題進(jìn)行分析,重點(diǎn)論述了風(fēng)場(chǎng)反演算法建立的關(guān)鍵,主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)于風(fēng)場(chǎng)反演誤差的影響,風(fēng)向模糊性問(wèn)題的原因以及從數(shù)據(jù)處理和掃描機(jī)制的角度分析如何消除模糊性問(wèn)題。[關(guān)鍵詞]全極化微波輻射計(jì);風(fēng)場(chǎng)反演;全極化定標(biāo)[中圖分類號(hào)]V55[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1009-1742(2008)06-0076-11風(fēng)成海面的微波輻射是各向同性的,反演海面風(fēng)速的準(zhǔn)確度約為±2m/s。在國(guó)際上,全極化微波輻射計(jì)是20世紀(jì)90年代中后期才發(fā)展起來(lái)的一種新型微波遙感技術(shù)[1～3]。在電磁學(xué)上用Stokes矢量完整地描述目標(biāo)的微波輻射特性,用亮溫表
3、示的電磁場(chǎng)4個(gè)斯托克斯(Stokes)參數(shù)為1前言微波輻射計(jì)是一種被動(dòng)微波遙感器。它通過(guò)接收被測(cè)目標(biāo)的微波輻射來(lái)研究目標(biāo)的地球物理特性。微波輻射計(jì)測(cè)量海面風(fēng)速的基本原理是粗糙海面的電磁散射強(qiáng)度與粗糙度相關(guān),從而海面的輻射功率和輻射亮溫也與粗糙度有關(guān);由于海面風(fēng)速的大小決定了海面風(fēng)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下所形成的毛細(xì)波的幅度,從而決定了風(fēng)場(chǎng)作用下的海面粗糙度,所以風(fēng)場(chǎng)作用下粗糙海面的輻射亮溫與海面風(fēng)速的大小具有一定的相關(guān)關(guān)系,這樣就可以通過(guò)對(duì)海面亮溫的測(cè)量來(lái)反演海面風(fēng)速的大小。微波輻射計(jì)用于海面風(fēng)速的測(cè)量已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史。傳統(tǒng)的微波輻射計(jì),可以測(cè)
4、量海面風(fēng)速,但是不能確定準(zhǔn)確的風(fēng)向。早期的星載微波輻射計(jì)進(jìn)行海面風(fēng)速測(cè)量通常使用水平和垂直極化方式,認(rèn)為2EvEhTv2ThTuTv—TB=(1)=δ2Re3EvEh32lmEvEh其中:TB是亮度溫度,Ev,Eh分別是垂直和水平方向的輻射電場(chǎng)的復(fù)振幅,λ是波長(zhǎng),η是波阻抗,δ=1.38·10-23JK-1是Boltzmann常數(shù)(本文K為開爾文溫度)。傳統(tǒng)的微波輻射計(jì)測(cè)量的是目標(biāo)微波電—磁輻射亮溫T的前兩個(gè)正交的極化分量T和T,Bvh[收稿日期]2008-03-12;修回日期2008-04-22[作者簡(jiǎn)介]王振占(1969-)
5、,男,河北青龍縣人,理學(xué)博士,中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心研究員。主要從事微波遙感新技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)研究,其中包括全極化微波輻射測(cè)量技術(shù)研究,海洋大氣參數(shù)的反演應(yīng)用研究,微波遙感器的定標(biāo)、檢驗(yàn)技術(shù)研究以及太赫茲大氣探測(cè)機(jī)理研究等。E-mial:wzz@nmrs.ac.cn中國(guó)工程科學(xué)76λ2η而全極化微波輻射計(jì)不但測(cè)量目標(biāo)微波輻射信號(hào)的兩個(gè)單一的正交極化分量,并且測(cè)量這兩個(gè)正交極化分量的復(fù)相關(guān)量,即在傳統(tǒng)微波輻射計(jì)功率幅度測(cè)量的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步測(cè)量其相關(guān)信息。這些相關(guān)信息對(duì)于表面微波輻射的各向異性更加敏感。兩個(gè)正交極化亮溫是相對(duì)
6、風(fēng)向的偶函數(shù),兩個(gè)交叉相關(guān)分量是相對(duì)風(fēng)向的奇函數(shù),這樣就提供了測(cè)量海面風(fēng)場(chǎng)的一種新的手段。全極化微波輻射計(jì)的研究和發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了人們?cè)谖⒉ㄟb感中對(duì)電磁波頻率、相位、幅度和極化的全部信息的利用,可以獲得傳統(tǒng)微波遙感器所不能得到的更多的目標(biāo)信息。全極化微波輻射計(jì)最重要的應(yīng)用是可以進(jìn)行海面風(fēng)場(chǎng)(包括風(fēng)速和風(fēng)向)的測(cè)量。另外,還可以獲得大氣云水含量、水汽含量和海表溫度等參數(shù),這是微波散射計(jì)測(cè)量的海面風(fēng)場(chǎng)所不具備的特性。度、泡沫覆蓋率和小尺度波均方根高度3個(gè)參數(shù)表示。這3個(gè)參數(shù)除了與風(fēng)速有關(guān)外,大尺度均方根坡度和小尺度均方根高度還與風(fēng)向有關(guān)
7、。海面坡度的概率密度函數(shù)(pdf)沿著風(fēng)傳播軸向傾斜,在沿風(fēng)方向方差比橫風(fēng)方向的大。毛細(xì)波的均方根高度表現(xiàn)出明顯的各向異性,在沿風(fēng)方向傳播的毛細(xì)波振輻比橫風(fēng)向的大。另外,在大尺度波上泡沫和毛細(xì)波并非均勻分布。Smith[5]用航空輻射計(jì)測(cè)量的結(jié)果表明:一個(gè)破碎波向前運(yùn)動(dòng)一側(cè)的亮溫發(fā)射明顯比后面一側(cè)的高,毛細(xì)波多聚集在較大重力波的沿風(fēng)一側(cè)。泡沫和毛細(xì)波對(duì)下伏結(jié)構(gòu)的依賴性使得海面的發(fā)射率在順風(fēng)和逆風(fēng)向表現(xiàn)出不均衡分布。輻射亮溫的Stokes參數(shù)隨方位角的變化可以用二次諧波模型逼近;同時(shí)第三分量Tu(復(fù)相關(guān)實(shí)部)和第四分量Tv(復(fù)相關(guān)
8、虛部)的諧波滿足正交特性,可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)向反演的去模糊處理[6]。Stokes參數(shù)與海面風(fēng)場(chǎng)矢量的關(guān)系為Th≈Th0+Th1cosφ+Th2cos2φTv≈Tv0+Tv1cosφ+Tv2cos2φTU≈TU1sinφ+TU2sin2φ2全極化微波輻射計(jì)遙感海面
