散射計(jì)資料風(fēng)速風(fēng)向同化方法研究.pdf

1、散射計(jì)作為衛(wèi)星遙感探測(cè)儀器，觀測(cè)范圍覆蓋全球海面約70％的面積，并且能夠穿透云層、可進(jìn)行全天候、全天時(shí)風(fēng)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，提供準(zhǔn)確的海洋表面風(fēng)速和風(fēng)向的信息。散射計(jì)資料高分辨率、高時(shí)效性、覆蓋面廣的特點(diǎn)有效彌補(bǔ)了海洋常規(guī)觀測(cè)資料的不足，成為海洋表面風(fēng)場(chǎng)探測(cè)的主要手段。有效同化散射計(jì)資料為海洋天氣的預(yù)報(bào)發(fā)揮著積極作用。
　　本文從散射計(jì)資料反演入手，對(duì)散射計(jì)反演的風(fēng)場(chǎng)資料預(yù)處理技術(shù)包括風(fēng)向模糊消除和偏差訂正進(jìn)行研究。然后根據(jù)現(xiàn)有散射計(jì)資料同化

2、中存在的問(wèn)題，提出了散射計(jì)資料作為風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行同化的方法，并根據(jù)散射計(jì)反演的中性風(fēng)和真風(fēng)分別設(shè)計(jì)了風(fēng)速風(fēng)向觀測(cè)算子，最后針對(duì)真實(shí)風(fēng)觀測(cè)算子進(jìn)行了數(shù)值實(shí)驗(yàn)。
　　散射計(jì)后向散射系數(shù)與海洋表面粗糙度有關(guān)，而海洋表面風(fēng)場(chǎng)的變化會(huì)引起粗糙度的變化，所以可以通過(guò)散射計(jì)后向散射系數(shù)來(lái)反演海洋表面風(fēng)場(chǎng)。通過(guò)建立后向散射系數(shù)與海洋表面風(fēng)場(chǎng)的函數(shù)關(guān)系，即地球物理模式函數(shù)，來(lái)反演海表風(fēng)場(chǎng)。其中，最常用的反演算法為以貝葉斯理論為基礎(chǔ)的MLE法。根據(jù)使用

3、的地球物理模式函數(shù)的不同，散射計(jì)資料可以反演為海洋表面10m真實(shí)風(fēng)和10m中性風(fēng)。
　　散射計(jì)反演的風(fēng)場(chǎng)資料包含了多個(gè)風(fēng)向模糊解，使用散射計(jì)資料時(shí)需要進(jìn)行風(fēng)向模糊消除。2DVAR模糊去除是先進(jìn)的模糊去除方法。它通過(guò)將目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行傅立葉轉(zhuǎn)換、赫爾姆茲變換和規(guī)則化處理，減少了求目標(biāo)函數(shù)梯度的計(jì)算量。根據(jù)散射計(jì)資料觀測(cè)的方式，以及反演過(guò)程中做的假設(shè)，散射計(jì)風(fēng)場(chǎng)觀測(cè)存在偏差。與浮標(biāo)風(fēng)相比，浮標(biāo)風(fēng)具有較高的準(zhǔn)確度。三元偏差訂正方法采用浮標(biāo)風(fēng)

4、、NWP風(fēng)對(duì)散射計(jì)風(fēng)進(jìn)行偏差訂正，通過(guò)偏差訂正后的散射計(jì)風(fēng)測(cè)量誤差期望為0，即訂正后的散射計(jì)風(fēng)具有無(wú)偏性。
　　大部分風(fēng)場(chǎng)觀測(cè)資料以風(fēng)速和風(fēng)向形式進(jìn)行收集。傳統(tǒng)的散射計(jì)反演風(fēng)資料同化是將風(fēng)向風(fēng)速度轉(zhuǎn)換為經(jīng)向風(fēng) v和緯向風(fēng) u后再引入同化系統(tǒng)，具有不能有效利用風(fēng)向誤差統(tǒng)計(jì)信息的缺點(diǎn)。然而如果直接使用風(fēng)速和風(fēng)向進(jìn)行同化，則風(fēng)向觀測(cè)誤差信息便會(huì)引入到同化中。基于這一思想，本文分別對(duì)散射計(jì)反演的10m真實(shí)風(fēng)和10m中性風(fēng)設(shè)計(jì)了風(fēng)速風(fēng)向同化