基于ASAR近海風場反演方法研究.pdf

1、風能是一種清潔能源，近海可利用的風能資源豐富，風能開發(fā)利用對我國的能源需求、能源結構的調整和環(huán)境保護都有著極為重要的意義。做好高分辨率的近海風能資源評估是近海風能資源開利用的前提，對海上發(fā)電站的選址有著指導性的作用。隨著合成孔徑雷達的不斷成功發(fā)射，為高分辨率的近海風能資源評估提供了新的數據來源。本文利用2005～2011年215景ASAR Level1B影像數據進行浙江省近海風速反演，得到了海面10米高處的風場數據集，旨在為以后開展的浙

2、江省近海風能資源評估提供長時間序列的基礎數據。
　　為了從ASAR Level1B數據中提取出風場反演所需的極化方式、定標參數、經度、緯度、雷達入射角和影像幅度值等信息，本文介紹了ASAR數據的生產方式和組織方式和ASAR Level1B數據的結構和數據格式，并開發(fā)了相應的程序。經過一系列的幾何校正、輻射定標、極化比轉化、陸地掩膜、船只濾除、斑點濾波和均值采樣等預處理步驟，最終將幅度值原始影像轉化為的后向散射系數影像，用于風速的反

3、演。
　　目前國際上常用于海面風速反演的C波段地球物理模式函數(GeophysicalMode Function，GMF)有CMOD4、CMOD-IFR2和CMOD5，本文對這三種模式函數進行了仿真模擬，對比不同模式函數的風速、相對風向和雷達入射角與后向散射系數之間的關系。本文分別使用這三種模式函數進行浙江省近海的風速反演，與NASA提供的CCMP數值模擬風場數據對比，發(fā)現(xiàn)CMOD4反演得到的風速精度最高，均方根誤差為1.90m/

4、s，與現(xiàn)場觀測數據對比，發(fā)現(xiàn)還是CMOD4反演得到的風速精度最高，均方根誤差為1.77m/s，說明CMOD4模式函數最適用于浙江省近海的風場反演，風速反演的均方根誤差在2m/s以內，這是因為浙江省近海常年處于中低風速(0～25m/s)條件下，而CMOD4較適用于中低風速條件下的風場反演。
　　在研究的過程中，由于數據量大、模式函數復雜、運算量大，本文還介紹了在共享內存環(huán)境下的MATLAB語言和C語言的并行計算方法，結果表明C語言的

5、運行效率遠高于MATLAB語言，對于經過OpenMP編譯指導并行化的C語言來說，guided調度算法的效率最高，并且多核的運算效率能夠高于單核的運算效率，在8核心的共享內存環(huán)境下能夠達到10.6倍的加速比。為了結合MATLAB語言和C語言兩者的優(yōu)勢，本文還介紹了MATLAB+C+OpenMP混合編程的方法，并開發(fā)了風速反演并行計算程序。
　　總而言之，本文探討了基于ASAR數據的近海風場反演方法，介紹了如何從ASAR Level1