导航X波段雷达近岸海洋动力学参数反演方法研究

IOCAS-IR > 海洋环流与波动重点实验室

	导航X波段雷达近岸海洋动力学参数反演方法研究
	陈忠彪
学位类型	博士
导师	尹宝树 ; 何宜军
	2014-05
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位授予地点	北京
学位专业	物理海洋学
关键词	导航x波段雷达海浪海表层流场海面风场近岸
其他摘要	海洋近岸环境与人们的生活密切相关，导航X波段雷达以其高时空分辨率的特点适合用于近岸海洋动力学参数的观测。本文研究了利用导航X波段雷达图像序列反演海浪、海表层流场和海面风场的算法。首先，研究了导航X波段雷达的成像受不同调制机制的影响。为了从近岸的非均匀波浪场中反演海浪谱，通过比较利用导航X波段雷达图像序列反演的波数谱与现场浮标测量的海浪波数谱，提出了新的调制传递函数来描述X波段雷达在掠入射角、垂直极化条件下的调制机制。根据提出的调制传递函数利用导航X波段雷达图像序列反演了海浪的峰值周期和平均周期，与浮标的实测值之间的均方根误差分别为0.88秒和0.53秒，偏差分别为0.05秒和0.32秒。第二，为了减小利用导航X波段雷达图像序列的信噪比反演不同位置的有效波高时对定标系数的依赖，研究了信噪比随径向距离和方位角的变化，将不同位置的信噪比校正为相对于同一个基准值的变化，从而可以利用相同的定标系数来确定不同位置的有效波高。通过与浮标实测的有效波高的比较以及相邻海区之间波浪变化的相似性验证了方法的合理性。第三，提出了一种利用导航X波段雷达图像序列反演海浪参数的新算法，包括海浪的有效波高、峰值周期、主波波向和主波波长。为了分析近岸的非均匀波浪场，首先使用经验正交函数提取导航X波段雷达图像序列的主成分。分别建立了有效波高与主成分的标准差、有效波高与主成分的信息熵之间的线性关系来反演海浪的有效波高；利用第一主成分的最大熵功率谱来提取海浪的峰值周期；根据两个相互垂直方向的主成分的几何关系来估算海浪的主波波向和主波波长。将反演的有效波高和峰值周期与现场浮标的测量值作比较，用主成分的标准差反演的有效波高的均方根误差、偏差和相关系数分别为0.21米、0.01米和0.93，用主成分的信息熵反演的有效波高的均方根误差、偏差和相关系数分别为0.22米、0.01米和0.92，峰值周期的均方根误差和偏差分别为0.84秒和0.33秒。反演的主波波长和主波波向在观测海区的分布与雷达图像中海浪条纹的变化相符。第四，提出了一种新的利用导航X波段雷达图像序列反演海表层流场的方法。为了克服近岸波浪场的非均匀性，首先对导航X波段图像序列作经验正交函数分解获得海浪的不同成分，然后利用其中的主要成分重构雷达图像序列得到均匀的波浪场，再根据海浪谱和频散关系方程来反演海表层流场。利用提出的方法从导航X波段雷达图像序列反演了不同海区的流速和流向，通过与潮汐数值模式预报的潮流流速和潮流流向进行比较验证了反演结果的合理性，并且分析了导航X波段雷达图像序列的不同成分与流速和流向的关系。最后，提出了一种新的利用导航X波段雷达图像序列反演近岸海面风场的方法。为了消除雷达图像中船只的影响，首先提出了雷达图像序列的预处理方法。为了反演不同海况下的风速，用雷达图像的平均灰度值和海浪的有效波高联合建立了新的风速反演模型。根据雷达图像的灰度值随方位角的变化来反演风向，并且对方位角做了校正以消除陆地的影响。对于0 ~ 20 m/s的风速，使用导航X波段雷达图像序列反演的风速与风速计测量的风速之间的均方根误差为1.37 m/s；对于5 m/s ~ 20 m/s的风速，反演的风向与风速计测量的风向之间的均方根误差为26.2°。
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/18054
专题	海洋环流与波动重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	陈忠彪. 导航X波段雷达近岸海洋动力学参数反演方法研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2014.

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