基于SAR的海面台风风场反演方法研究

本项目将基于2001年以来160多景星载高空间分辨率SAR图像所捕捉到的全球近百个台风个例，开展SAR海面台风风速与风向反演方法研究。对降雨带、台风眼、眼壁等具有不同空间尺度的台风特征进行分类；并结合台风结构动力理论模型，改进SAR台风风向反演方法，消除传统方法存在的180度模糊问题。此外，目前存在的SAR高风速反演模型在台风情况下的整体精度如何尚不可知，且大多未考虑强降雨对风速反演精度的影响，这也是本项目所要解决的关键科学问题之一。通过系统、定量的研究不同雷达入射角条件下降雨率对SAR后向散射截面的影响，提出降雨引起的后向散射截面扰动与降雨率和雷达入射角之间的双参数关系式，并基于双参数关系式和降雨修正的后向散射模型，建立考虑降雨的SAR台风风速反演模型，改善台风风速反演精度。上述研究结果不仅可以为加强台风的准确监测和预报提供科学认识和理论支撑，更能深化对海洋遥感理论和天气系统的认识。

本项目基于多景RADARSAT-1合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）图像所捕捉到的热带气旋（以下统称台风）个例，开展了SAR海面台风风速与风向反演方法研究。项目的主要研究成果体现为：（1）发展了一种新的星载SAR台风眼信息提取方法，获取台风中心位置、台风眼区面积、形状等相关参数信息。基于该方法首先对台风进行定位，并结合台风自身结构特征（在北半球为气旋式涡）与台风动力理论模型，构造SAR台风理论风向。（2）提出了一种改进的Rankie台风风速廓线模型，结合上述SAR台风中心定位方法，进一步提取台风强度、最大风速半径以及中心气压等台风强度参数。（3）对几种C波段SAR海面风速反演经验模型在较高风速条件下的精度进行了评估。在此基础上，结合星载SAR图像与近同步机载SFMR（Stepped Frequency Microwave Radiometer）雷达降雨资料或TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission）降雨观测资料，分析了台风期间降雨率对SAR后向散射截面的影响。基于统计分析，提出了降雨引起的SAR后向散射截面与降雨率之间的参数关系式，建立了考虑降雨的SAR海面风速反演模型。（4）初步探讨了考虑降雨影响的SAR后向散射截面理论模型。上述研究结果可以为加强台风的准确监测和预报提供一定的技术与理论支撑。