飓风天气下机载SFMR与星载微波遥感海面风速的对比分析

飓风天气下多种探测技术提供的海面风速的一致性备受关注。飓风侦察机搭载的步进频率微波辐射计(SFMR)提供的海面高风速数据是海面风速最主要的现场观测数据源。本文旨在分析SFMR风速与星载微波散射计(C波段欧洲MetOp系列卫星散射计ASCAT,Ku波段中法海洋卫星散射计CSCAT和中国HY-2系列卫星散射计HSCAT)和微波辐射计(SMAP和SMOS)遥感风速的一致性。通过分析SFMR风速随空间尺度变化的关系,进而提出了SFMR与散射计和辐射计数据进行时空匹配的方法。结果表明,高风速(>15 m·s^–1)辐射计比散射计风速与SFMR风速的一致性更好,风速高于25 m·s^–1时Ku波段散射计风速趋于饱和。高风速下降雨也是影响散射计风速误差的重要因素,但依赖于风速的误差显著高于降雨影响带来的误差。基于SFMR数据进一步揭示了星载微波散射计和辐射计提供海面风速的误差特征,为遥感数据应用提供参考。     

CYGNSS海面风速固有误差与时空分布特征

全球导航卫星系统反射测量（GNSS-R）是一种新兴的海面风速遥感技术,对GNSS-R反演风速进行详细定量分析是该技术从科学研究走向业务应用的必要条件。 以气旋全球导航卫星系统（CYGNSS）的风速数据为例,利用时空匹配的浮标风速和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的预报风速数据,详细分析了CYGNSS遥感风速的气候态特征和时空分布特征。基于三配对数据分析方法,阐明了CYGNSS遥感风速的固有误差,并提出了相应的风速标定系数。研究表明：GYGNSS的中低风速（w <10 m·s^–1）精度较好,但高风速的误差显著增大;风速误差具有良好的时间一致性,但呈现明显的空间分布不均匀现象;总体而言,CYGNSS风速的固有误差约为1.79 m·s^–1。研究结果一方面可为CYGNSS风速数据的业务应用提供参考,另一方面也为进一步标定CYGNSS的反射测量信号提供依据。     

中法海洋卫星微波散射计在轨性能验证

中法海洋卫星（CFOSAT）微波散射计是国际上第一个旋转扇形波束体制散射计,通过优化雷达观测几何实现对地面目标多角度和多方位的高精度测量,提高海面风场、土壤湿度和海冰面积等地球物理参数的反演精度.根据CFOSAT卫星2018年10月发射以来的在轨测试数据,结合散射计系统特点,分析验证了星上定标数据和后向散射系数反演结果的正确性,并对CFOSAT首批科学数据进行了定量分析和系统评价.结果表明,CFOSAT散射计在轨工作状态良好,实际性能与设计预期一致,风速测量精度优于1.5m·^-1,风向测量精度优于15°,空间分辨率可达12.5km,在近岸风场监测、土壤湿度遥感和海冰面积估计等应用领域具有独特的优势.     

海表温度对中法海洋卫星散射计测量的影响

卫星散射计通过测量海表粗糙度反演全球海面风场。对于Ku波段散射计,海表粗糙不仅和海面风场相关,还受海表温度的二阶效应调制。定量研究了海表温度对中法海洋卫星（CFOSAT）散射计（CSCAT）反演风速和后向散射测量的影响。结果表明,CSCAT两种极化方式测量的后向散射系数都会受到海表温度的影响,但是垂直极化中低入射角（θ <36°）测量的后向散射系数几乎不随温度变化。因此CSCAT的风速偏差也随海表温度的变化而变化,且随着入射角的增大和风速的减小,海表温度对风速偏差的影响程度增大。在数据分析的基础上提出了一种考虑海表温度影响机制的地球物理模式函数,为未来CFOSAT散射计风场反演的海温校正提供参考。     

星载SAR图像方位角计算及其对风速反演影响评估

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是海洋常规观测的重要技术手段,然而在其数据处理和关键物理参数反演中,SAR图像方位角SAR海面风速的反演精度。对此,根据SAR图像方位角的定义,结合空间卫星坐标系转换关系推导了?_IMG,并进一步提出了基于SAR图像地面控制点的?_IMG计算方法。通过对比分析2016年全球近70万景哨兵一号卫星波模式SAR图像,量化了?_IMG与?_SAT的系统偏差,发现该偏差与雷达入射角和轨道方向紧密相关。选用五次多项式拟合该偏差随纬度的变化规律,同时发现将卫星飞行方向角近似等于SAR图像方位角会引起海面风场反演误差,该误差空间分布不均,且升轨降轨有所差异,风速误差最大可达±0.5 m·s^–1。研究结果表明,?_IMG的正确计算和使用对于SAR地球科学研究具有重要意义,本文提出的?_IMG计算方法对其他SAR卫星系列也具有实际参考价值。