基于卫星高度计的风-浪-雨耦合效应遥感机理研究与系统误差修正

测高卫星是海洋遥感中继测温卫星之后的第二个覆盖范围广、持续时间长的重要数据源。目前，高度计在常规条件下的反演方法已趋于成熟，并积累了25年的准连续观测资料。然而，在下列三种情况下仍面临较大困难：1)极端风速；2)涌浪入侵；3)降水出现。风、浪、雨之间复杂的非线性耦合是对测高卫星数据反演的最大挑战，而这一挑战的典型实例就是台风过程。在上述背景下，本项目提出"基于卫星高度计的风－浪－雨耦合效应遥感机理研究与系统误差修正"这一科学命题，旨在通过深入研究风－浪－雨之间的相互作用机理，利用高度计这一唯一能够对三者进行同步观测的卫星传感器初步揭示其耦合规律，对风浪成长、涌浪入侵、降雨对波浪的抑制以及由风场导致的降雨位移和由降雨导致的信号衰减等耦合效应给高度计遥感与印证带来的多重系统误差进行联合修正，突破测高卫星在高海况、强降雨、紧耦合条件下的反演瓶颈，进而为台风过程的观测和预报提供高质量的同步数据源。

本项目的完成情况及主要成果概述如下：.(1) 构建1985-2010测高卫星反演海面风速、有效波高和海洋降雨联合数据集。通过理论分析、仿真模拟和现场印证的方法研究降雨与波浪的相互作用机理，着重考虑降雨强度、持续时间等因素对不同波龄的风浪和不同海区的涌浪的影响。同时，利用降雨在卫星高度计在Ku波段和C波段的后向散射截面产生的吸收差，研究了海洋降雨和风应力对海面粗糙度产生的不同影响。开展了全球海洋降雨与海面风场的动力学和热力学耦合关系遥感研究。在动力学方面，结合TRMM等卫星资料和气象观测资料重点探讨了雨水在降落过程中与三维风场相互作用的动力学关系。在热力学方面，主要研究了风场对降雨释放的潜热输运的影响和潜热传递与风场变异的统计关系。.(2) 开展了波浪成长状态对高度计海面风速反演的系统误差研究。充分考虑风浪的成长状态，从风浪谱模型角度分析，导出了多参数经验算法，以达到减少风速反演误差的效果。开展了雨－海相互作用下海面波浪的消长机理及其对高度计有效波高反演带来的系统误差研究。开展了风场与雨区相互作用导致的测高卫星遥感与印证误差研究。首先对海面风场导致的海洋降雨位移进行理论计算，利用风场气候资料对不同海区由于雨区漂移给遥感印证带来的系统误差进行仿真研究，结合海上浮标数据对上述误差进行了定量分析并建立修正模型。.(3) 构建了1985-2010测高卫星台风观测数据集，建立了中心气压、最大风速及半径、气旋移动速度与方向等台风特征参数与海平面高度、海面风速、有效波高和降雨量等测高卫星观测参数的解析与经验关系。利用测高卫星双波段高度计同步观测的特性研究降雨和强风双重作用下海浪谱特征参数的变化规律。以台风过程中降雨量空间分布的非对称性及其与风区位置和风速大小的关系为例，研究高海况、强降雨、紧耦合条件下高度计遥感风、浪、雨的反演误差的耦合与传递关系。..在本项目支持下，共发表学术论文10篇，其中5篇发表在《Monthly Weather Review》、《International Journal of Climatology》、《Journal of Atmospheric and Oceanic Technology》等国际知名地学刊物上，并被SCI收录。基于本项目和其他相关项目成果获2011年度“山东省自然科学二等奖”。培养青年骨干教师1名，博士后1名，博士生2名，硕士生4名。