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《全极化微波辐射计遥感海面风场的关键技术和科学问题》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、关键技术和科学问题王振占,姜景山,刘怡,殷晓斌(中国科学院空间科学与应用研究中心,北京100190)[摘要]全极化微波辐射计是一种新型的微波遥感器,它不但测量目标微波辐射信号的两个正交极化分量,并且测量两个正交极化分量的复相关量。这些相关信息对于表面微波辐射的各向异性更加敏感,这样就提供了测量海面风场的一种手段。文章在介绍国内外全极化微波辐射计现状和特点的基础上,首先对于全极化微波辐射计遥感海面风场的原理及其影响因素进行分析;然后,从全极化微波辐射计的硬件设计和定标两个方面论述了硬件实现的关键技术问题;最后,对于风场反演的有关科
2、学问题进行分析,重点论述了风场反演算法建立的关键,主要技术指标对于风场反演误差的影响,风向模糊性问题的原因以及从数据处理和扫描机制的角度分析如何消除模糊性问题。[关键词]全极化微波辐射计;风场反演;全极化定标[中图分类号]V55[文献标识码]A[文章编号]1009-1742(2008)06-0076-11风成海面的微波辐射是各向同性的,反演海面风速的准确度约为±2m/s。在国际上,全极化微波辐射计是20世纪90年代中后期才发展起来的一种新型微波遥感技术[1～3]。在电磁学上用Stokes矢量完整地描述目标的微波辐射特性,用亮温表
3、示的电磁场4个斯托克斯(Stokes)参数为1前言微波辐射计是一种被动微波遥感器。它通过接收被测目标的微波辐射来研究目标的地球物理特性。微波辐射计测量海面风速的基本原理是粗糙海面的电磁散射强度与粗糙度相关,从而海面的辐射功率和辐射亮温也与粗糙度有关;由于海面风速的大小决定了海面风场驱动下所形成的毛细波的幅度,从而决定了风场作用下的海面粗糙度,所以风场作用下粗糙海面的辐射亮温与海面风速的大小具有一定的相关关系,这样就可以通过对海面亮温的测量来反演海面风速的大小。微波辐射计用于海面风速的测量已经有很长的历史。传统的微波辐射计,可以测
4、量海面风速,但是不能确定准确的风向。早期的星载微波辐射计进行海面风速测量通常使用水平和垂直极化方式,认为2EvEhTv2ThTuTv—TB=(1)=δ2Re3EvEh32lmEvEh其中:TB是亮度温度,Ev,Eh分别是垂直和水平方向的辐射电场的复振幅,λ是波长,η是波阻抗,δ=1.38·10-23JK-1是Boltzmann常数(本文K为开尔文温度)。传统的微波辐射计测量的是目标微波电—磁辐射亮温T的前两个正交的极化分量T和T,Bvh[收稿日期]2008-03-12;修回日期2008-04-22[作者简介]王振占(1969-)
5、,男,河北青龙县人,理学博士,中国科学院空间科学与应用研究中心研究员。主要从事微波遥感新技术及应用技术研究,其中包括全极化微波辐射测量技术研究,海洋大气参数的反演应用研究,微波遥感器的定标、检验技术研究以及太赫兹大气探测机理研究等。E-mial:wzz@nmrs.ac.cn中国工程科学76λ2η而全极化微波辐射计不但测量目标微波辐射信号的两个单一的正交极化分量,并且测量这两个正交极化分量的复相关量,即在传统微波辐射计功率幅度测量的基础上,进一步测量其相关信息。这些相关信息对于表面微波辐射的各向异性更加敏感。两个正交极化亮温是相对
6、风向的偶函数,两个交叉相关分量是相对风向的奇函数,这样就提供了测量海面风场的一种新的手段。全极化微波辐射计的研究和发展,实现了人们在微波遥感中对电磁波频率、相位、幅度和极化的全部信息的利用,可以获得传统微波遥感器所不能得到的更多的目标信息。全极化微波辐射计最重要的应用是可以进行海面风场(包括风速和风向)的测量。另外,还可以获得大气云水含量、水汽含量和海表温度等参数,这是微波散射计测量的海面风场所不具备的特性。度、泡沫覆盖率和小尺度波均方根高度3个参数表示。这3个参数除了与风速有关外,大尺度均方根坡度和小尺度均方根高度还与风向有关
7、。海面坡度的概率密度函数(pdf)沿着风传播轴向倾斜,在沿风方向方差比横风方向的大。毛细波的均方根高度表现出明显的各向异性,在沿风方向传播的毛细波振辐比横风向的大。另外,在大尺度波上泡沫和毛细波并非均匀分布。Smith[5]用航空辐射计测量的结果表明:一个破碎波向前运动一侧的亮温发射明显比后面一侧的高,毛细波多聚集在较大重力波的沿风一侧。泡沫和毛细波对下伏结构的依赖性使得海面的发射率在顺风和逆风向表现出不均衡分布。辐射亮温的Stokes参数随方位角的变化可以用二次谐波模型逼近;同时第三分量Tu(复相关实部)和第四分量Tv(复相关
8、虚部)的谐波满足正交特性,可以用来实现对风向反演的去模糊处理[6]。Stokes参数与海面风场矢量的关系为Th≈Th0+Th1cosφ+Th2cos2φTv≈Tv0+Tv1cosφ+Tv2cos2φTU≈TU1sinφ+TU2sin2φ2全极化微波辐射计遥感海面
