星载SAR在海气边界层气象学中的应用研究

【摘要】：SAR(Synthetic Aperture Radar,合成孔径雷达)作为一种现代高空间分辨率成像侧视雷达,对地球表面海洋所成的图像中蕴含了极为丰富的中尺度及亚中尺度海洋大气边界层的信息,因此对边界层气象学研究有着非常重要的意义。但是,使用SAR研究海气边界层这一涵盖微波遥感、气象学及海洋学等学科的科学前沿课题在国内却少有文献报道。在此背景下,首先介绍了SAR反演海洋大气边界层的研究概况,回顾了SAR反演海气边界层参数的原理和方法。然后以2002年5月7日当地时间10时53分ERS-2卫星获取的香港地区(N 22．097°,E 114．300°)SAR海洋图像为例,进行了反演风向风速的初步试验,最终获得了较高精度的风矢量。具体过程如下:先对SAR图像进行预处理,包括ADC(Analog Digital Converter,模数转换器)补偿、精确校准及斑点滤波等过程;然后利用经典的谱分析方法求得具有180°模糊度的风向,再用香港天文台气象浮标实测资料消除这一不确定性得到了真实的相对风向;紧接着利用CMOD4地球物理模式函数计算得到了海面上10m高的风速。与气象浮标站所记录的平均风速和风向比较,两个20km×20km大小的试验区域求得的风向误差分别为23．71°和7．00°,平均风速误差分别为0．18 m／s和-0．12 m／s。结果表明,如果对SAR预先进行严格的预处理,结合经典的谱分析方法和CMOD4模型,即可获取高精度的风矢量。这一结果为今后海洋大气边界层的研究奠定了良好的基础。