基于卫星资料的海上风场重构技术研究

The project comprehensive utilization of cloud motion wind,atmospheric profiles of temperature and humidity,sea surfure wind and NCEP data to reconstruct 3D marine wind and test the methods: 1) Reanalysis cloud motion wind . Base on analysing of distribution characteristics of cloud motion wind, we will reconstruct and supplement to access the complete wind at the heigth of 250hPa with all wind field at different heights, as a high-level reference layer in wind field reconstruction; 2) The technology of reconstruction of marine wind with satellite data. Through analyzing the characteristics of information sources, we select and build three reference layers of wind.We fit wind in the boundary layer with Ekman spiral principle and use the thermal wind theory to reconstruct multi-layer wind in the free atmosphere. The result will provide high temporal and spatial resolution of wind field information for NWP initial fields and meteorological support.

综合利用卫星资料估算的云导风、反演的大气温湿廓线、海面风场及NCEP背景资料，重构海上三维整体风场并进行实际重构试验：1）云导风资料补缺。分析云导风分布特点，将处于不同高度的云导风通过重构、补缺等处理，获取250hPa高度层的完整风场,作为风场重构的高层参考层；2）基于卫星资料的海上风场重构技术研究。在信息源特性分析的基础上选取并构建高中低3个风场参考层；在边界层对利用Ekman螺线等原理对风场进行拟合，在自由大气层利用热成风原理重构多层风场，得到海上完整的多层风场。为数值预报初始场和气象保障提供高时空分辨率的风场信息。

卫星资料具有时空分辨率高、覆盖范围广的特点，但不同卫星获取的资料类型、分辨率等差异较大，给资料综合应用带来困难。本项目在研究大气温湿度廓线、海面风场反演新方法的基础上，研究综合利用云导风、海面风场、大气温湿廓线等多源卫星资料和NCEP资料重构海上三维风场的方法。主要开展了以下研究工作：（1）云导风资料的再分析。在分析云导风高度分布特征的基础上，采用DINEOF方法对云导风资料进行重构、补缺等再分析，获得了250hPa高度完整的风场，结果与NCEP风场的匹配性较好，在低纬区域更合理，可作为风场重构的高层有效考考层；（2）大气温湿廓线反演中正则化参数最优选择方法。吸收了改进的偏差原则思想，利用模型函数方法最优求解正则化参数；利用四条典型大气廓线对正则化参值进行最优选择试验，确定以固定值替代原来的动态求解。通过新的反演结果与无线电探空资料和现有结果比较，新的方法在确保精度的基础上计算效率得到极大提高；（3）针对海面运动的复杂性，海面电磁散射理论模型的局限性以及利用SAR图像反演海面风速存在的非线性现象，基于遗传神经网络的方法，以业务化的CMOD4模式函数数据为基础，采用Fletcher-Reeves算法的变梯度反向传播算法，建立一种SAR风速反演的新模型。试验结果表明，利用遗传神经网络方法反演海面风速是可行的。当随机误差小于10%时，模型的抗噪能力较强#风速反演的精度较为理想；（4）基于卫星资料的海上风场重构技术。在信息源特性分析的基础上选取并构建3个风场参考层；在边界层利用Ekman 螺线等原理对风场进行拟合，在自由大气层利用热成风原理重构多层风场；通过两种分案确定了各参考层在重构层中的权重，经对比验证，风场重构结果合理，为海上三维风场重构提供了一种新思路。