基于Aquarius衛(wèi)星的鹽度遙感誤差與復雜海面微波輻射研究.pdf

1、海表鹽度數(shù)據(jù)對全球氣候變化預測，全球水循環(huán)研究等領域都具有十分重要的意義，而衛(wèi)星鹽度遙感是獲取大范圍長時間序列的鹽度數(shù)據(jù)的最有效的手段。隨著2顆專門用于鹽度遙感的衛(wèi)星-SMOS和Aquarius衛(wèi)星的成功發(fā)射和全球海表鹽度數(shù)據(jù)的成功獲取，多國遙感專家和海洋科學領域科學家開啟了海表鹽度反演算法和鹽度遙感數(shù)據(jù)在海洋學應用研究的新篇章。本文針對輔助數(shù)據(jù)誤差對鹽度反演誤差的影響和對鹽度誤差影響較大的中高風速和降雨這兩種復雜海況下的鹽度遙感在理論

2、、技術與應用領域進行了深入的研究。
　　首先，本文發(fā)現(xiàn)溫度誤差、輻射計誤差和風速誤差對鹽度反演誤差的影響在高溫高鹽時都較小，而在低溫低鹽時迅速增大。同時，在低溫低鹽時使用蒙特卡洛方法和敏感性方法獲得的傳導誤差的差別也較大。對于風速誤差，使用更精確的Aquarius衛(wèi)星的經驗模型研究發(fā)現(xiàn)，2m/s的風速誤差產生的鹽度誤差在風速為3-7m/s時最小，而在低風速和高風速時都較大，水平極化狀態(tài)下的誤差高于垂直極化狀態(tài)下的誤差。利用Aqua

3、rius衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和HYCOM模式再分析數(shù)據(jù)、Argo浮標的匹配數(shù)據(jù)對鹽度遙感的精度分析發(fā)現(xiàn):總體上，衛(wèi)星鹽度與其他兩種鹽度相比的誤差在0.9psu左右。鹽度反演的偏差隨溫度的升高而減小，均方根誤差也隨溫度的升高由1.5psu減小到優(yōu)于0.8psu。鹽度反演偏差隨風速的升高而增大，在大于20m/s時甚至可能超過0.5psu，均方根誤差在3-10m/s范圍內較小約為0.8psu，而在高風速時較大可能超過1.5psu。鹽度反演的偏差和均方

4、根誤差在低緯度(＜30°)時較小，而在高緯度較大，這主要是由于在高緯地區(qū)溫度較低而風速較大。此外，在靠近陸地的區(qū)域可能受到無線電頻率干擾(RFI)而產生較大的誤差。
　　其次，本文對中高風速這一復雜海面狀況下的鹽度遙感進行了研究。首先，利用小斜率近似(SSA)模型的模擬結果與由Aquarius衛(wèi)星獲得的海表發(fā)射率增量數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，盡管使用了多種海浪譜模型，但在中高風速模擬與實測數(shù)據(jù)之間仍存在較大的偏差，這一偏差可能是由波浪破碎產生

5、的泡沫所致。泡沫的影響包含泡沫發(fā)射率和泡沫覆蓋率兩部分，在考慮泡沫內部垂直結構和泡沫厚度分布的基礎上，本文利用理論模型模擬了泡沫的發(fā)射率，并同時與使用較多的經驗的泡沫發(fā)射率模型進行了對比。在小斜率近似模型的基礎上，當綜合考慮泡沫覆蓋率和發(fā)射率模型對海表發(fā)射率增量進行模擬時發(fā)現(xiàn)，使用經驗的或Vaf（泡沫-空氣交界處的空隙分數(shù)）為75％時的理論的泡沫發(fā)射率模型時，在Aquarius衛(wèi)星的兩種極化狀態(tài)和三種入射角下獲得泡沫覆蓋率標準差之和都能

6、達到較小。將SSA模型、泡沫發(fā)射率和覆蓋率模型組合，本文獲得了海表發(fā)射率的改進模型。通過與驗證數(shù)據(jù)的對比，改進模型對亮溫的模擬偏差較小，模擬亮溫的均方根誤差可以達到優(yōu)于0.5K。
　　最后，本文針對降雨對鹽度遙感的三種影響分別進行了分析。首先，降雨時大氣中的液態(tài)水對微波輻射的影響較小，在降雨率為25mm/hr時約不超過0.5K，其產生的誤差也不超過0.02K，誤差可以忽略不計。其次，降雨使海表面鹽度改變，在不考慮降雨引起的粗糙度改

7、變時，在25mm/hr降雨時的鹽度偏差可達2psu;降雨與鹽度誤差在空間上的分布一致性也較好，在熱帶輻合帶等降雨較多的區(qū)域鹽度偏差和誤差也較大。針對單次降雨過程的研究發(fā)現(xiàn)，降雨率與鹽度偏差相關較大，降雨對水平極化亮溫的影響高于對垂直極化亮溫的影響。風速的增大會減弱降雨對海表鹽度的影響。最后，在不考慮降雨對鹽度改變的影響的條件下，本文在粗糙海面亮溫模型基礎上添加了降雨環(huán)波譜模型來模擬降雨對海面粗糙度的影響。通過模擬并與實測數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，降