基于ASAR近海風(fēng)場(chǎng)反演方法研究.pdf

1、風(fēng)能是一種清潔能源，近海可利用的風(fēng)能資源豐富，風(fēng)能開發(fā)利用對(duì)我國(guó)的能源需求、能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和環(huán)境保護(hù)都有著極為重要的意義。做好高分辨率的近海風(fēng)能資源評(píng)估是近海風(fēng)能資源開利用的前提，對(duì)海上發(fā)電站的選址有著指導(dǎo)性的作用。隨著合成孔徑雷達(dá)的不斷成功發(fā)射，為高分辨率的近海風(fēng)能資源評(píng)估提供了新的數(shù)據(jù)來(lái)源。本文利用2005～2011年215景ASAR Level1B影像數(shù)據(jù)進(jìn)行浙江省近海風(fēng)速反演，得到了海面10米高處的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集，旨在為以后開展的浙

2、江省近海風(fēng)能資源評(píng)估提供長(zhǎng)時(shí)間序列的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　為了從ASAR Level1B數(shù)據(jù)中提取出風(fēng)場(chǎng)反演所需的極化方式、定標(biāo)參數(shù)、經(jīng)度、緯度、雷達(dá)入射角和影像幅度值等信息，本文介紹了ASAR數(shù)據(jù)的生產(chǎn)方式和組織方式和ASAR Level1B數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)格式，并開發(fā)了相應(yīng)的程序。經(jīng)過(guò)一系列的幾何校正、輻射定標(biāo)、極化比轉(zhuǎn)化、陸地掩膜、船只濾除、斑點(diǎn)濾波和均值采樣等預(yù)處理步驟，最終將幅度值原始影像轉(zhuǎn)化為的后向散射系數(shù)影像，用于風(fēng)速的反

3、演。
　　目前國(guó)際上常用于海面風(fēng)速反演的C波段地球物理模式函數(shù)(GeophysicalMode Function，GMF)有CMOD4、CMOD-IFR2和CMOD5，本文對(duì)這三種模式函數(shù)進(jìn)行了仿真模擬，對(duì)比不同模式函數(shù)的風(fēng)速、相對(duì)風(fēng)向和雷達(dá)入射角與后向散射系數(shù)之間的關(guān)系。本文分別使用這三種模式函數(shù)進(jìn)行浙江省近海的風(fēng)速反演，與NASA提供的CCMP數(shù)值模擬風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)CMOD4反演得到的風(fēng)速精度最高，均方根誤差為1.90m/

4、s，與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)還是CMOD4反演得到的風(fēng)速精度最高，均方根誤差為1.77m/s，說(shuō)明CMOD4模式函數(shù)最適用于浙江省近海的風(fēng)場(chǎng)反演，風(fēng)速反演的均方根誤差在2m/s以內(nèi)，這是因?yàn)檎憬〗３Ｄ晏幱谥械惋L(fēng)速(0～25m/s)條件下，而CMOD4較適用于中低風(fēng)速條件下的風(fēng)場(chǎng)反演。
　　在研究的過(guò)程中，由于數(shù)據(jù)量大、模式函數(shù)復(fù)雜、運(yùn)算量大，本文還介紹了在共享內(nèi)存環(huán)境下的MATLAB語(yǔ)言和C語(yǔ)言的并行計(jì)算方法，結(jié)果表明C語(yǔ)言的

5、運(yùn)行效率遠(yuǎn)高于MATLAB語(yǔ)言，對(duì)于經(jīng)過(guò)OpenMP編譯指導(dǎo)并行化的C語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，guided調(diào)度算法的效率最高，并且多核的運(yùn)算效率能夠高于單核的運(yùn)算效率，在8核心的共享內(nèi)存環(huán)境下能夠達(dá)到10.6倍的加速比。為了結(jié)合MATLAB語(yǔ)言和C語(yǔ)言兩者的優(yōu)勢(shì)，本文還介紹了MATLAB+C+OpenMP混合編程的方法，并開發(fā)了風(fēng)速反演并行計(jì)算程序。
　　總而言之，本文探討了基于ASAR數(shù)據(jù)的近海風(fēng)場(chǎng)反演方法，介紹了如何從ASAR Level1