多波段极化合成孔径雷达近岸风场反演研究

卫星遥感海面风场不仅有助于理解大气动态、海气相互作用、海洋环流及其对全球气候的影响，而且可以提高全球大气和海洋动力学预报模式的准确性。本项目将以物理海洋、雷达成像原理以及海面电磁散射理论为基础，建立包含波浪破碎的复合Bragg散射模型和通用曲率海面微波散射模型，揭示高海况下的海面微波散射特性以及不同波段对其影响。发展多波段极化合成孔径雷达海面风速风向的联合反演模式，进一步应用该模式对近岸地区台风、热带气旋等产生的高风速进行有效的反演并验证。初步解决合成孔径雷达风速反演中难以解决的风向依赖、风向模糊和高风速反演问题。本项目将扩展高分变率SAR风场资料在海岸带区域的应用，为海洋环境立体监测提供有效的支持。

利用合成孔径雷达（SAR）数据借助地球物理模式（CMOD）常作为反演风场的最基本方法，但利用SAR同时测量近岸高分辨率风速风向的研究则相对较少。此外，在利用SAR遥感海面风场，尤其是近岸高分辨率风场的研究中依然存许多问题，例如：(1) 如何摆脱风向的制约。 (2) CMOD5中的雷达后向散射截面在高风速下趋于饱和，从而导致风速的反演出现多解问题。（3）现有的海面微波散射模型需要进一步加入波浪破碎作用的影响，才能准确的模拟出水平和垂直极化后向散射截面，从而揭示高海况下海面微波散射特性。.基于存在的问题，该项目的研究涉及三个主要方面，(1) 高海况下的海面微波散射模型研究；(2) 多波段极化SAR风速风向联合反演模式研究；(3) 多波段极化SAR近岸高风速反演研究。提出了全极化合成孔径雷达海面风场反演方法。基于交叉极化雷达后向散射不依赖于雷达入射角和海面风向，仅与海面风速线性相关的微波散射特征。. 提出了双极化合成孔径雷达台风海面风场反演方法。在全极化合成孔径雷达海面风场反演模型的基础上，发展了适用于双极化雷达交叉极化高风速反演模型，该模型可以由垂直极化后向散射直接计算海面高风速。给出了合成孔径雷达台风强度和结构参数计算方法并进行了验证。合成孔径雷达可以获取二维海面台风风速，交叉极化雷达观测可以直接用于反演台风海面风速。。.提出了全极化合成孔径雷达海面风场和波浪场联合反演方法并进行了验证由于交叉极化SAR后向散射在高海况下与海面风速线性相关，对雷达入射角和海面风向不敏感。. 给出了高海况下降雨对海面微波散射的定量评估。在高海况下,特别是台风眼墙区域,其特征是高风速伴随强降雨。较强的降雨率会使得海面后向散射发生一定程度衰减，从而影响高风速反演的精度。.发展了包含雷达参数和海况参数的雷达极化比模型。发展了同时包含雷达入射角和海面风速的雷达极化比模型，该模型能够较好地将水平极化雷达后向散射系数转化为垂直极化雷达后向散射系数，能够利用垂直极化卫星散射计观测建立的地球物理模式函数反演海面风速。该项目发展的雷达极化比模型能够反演海冰以及海水和海冰混合区域内的海面风速，能够为船舶航道选择提供准确的海面气象信息。.该研究解决了合成孔径雷达风速反演中难以解决的风向依赖、风向模糊和高风速反演问题；为扩展高分变率SAR风场资料在海岸带区域的应用，为海洋环境立体监测提供有效的支持。