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

1、海表鹽度數(shù)據(jù)對(duì)全球氣候變化預(yù)測(cè)，全球水循環(huán)研究等領(lǐng)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(zhǎng)時(shí)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(guó)遙感專家和海洋科學(xué)領(lǐng)域科學(xué)家開(kāi)啟了海表鹽度反演算法和鹽度遙感數(shù)據(jù)在海洋學(xué)應(yīng)用研究的新篇章。本文針對(duì)輔助數(shù)據(jù)誤差對(duì)鹽度反演誤差的影響和對(duì)鹽度誤差影響較大的中高風(fēng)速和降雨這兩種復(fù)雜海況下的鹽度遙感在理論

2、、技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了深入的研究。
　　首先，本文發(fā)現(xiàn)溫度誤差、輻射計(jì)誤差和風(fēng)速誤差對(duì)鹽度反演誤差的影響在高溫高鹽時(shí)都較小，而在低溫低鹽時(shí)迅速增大。同時(shí)，在低溫低鹽時(shí)使用蒙特卡洛方法和敏感性方法獲得的傳導(dǎo)誤差的差別也較大。對(duì)于風(fēng)速誤差，使用更精確的Aquarius衛(wèi)星的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯堪l(fā)現(xiàn)，2m/s的風(fēng)速誤差產(chǎn)生的鹽度誤差在風(fēng)速為3-7m/s時(shí)最小，而在低風(fēng)速和高風(fēng)速時(shí)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(biāo)的匹配數(shù)據(jù)對(duì)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(fēng)速的升高而增大，在大于20m/s時(shí)甚至可能超過(guò)0.5psu，均方根誤差在3-10m/s范圍內(nèi)較小約為0.8psu，而在高風(fēng)速時(shí)較大可能超過(guò)1.5psu。鹽度反演的偏差和均方

4、根誤差在低緯度(＜30°)時(shí)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(fēng)速較大。此外，在靠近陸地的區(qū)域可能受到無(wú)線電頻率干擾(RFI)而產(chǎn)生較大的誤差。
　　其次，本文對(duì)中高風(fēng)速這一復(fù)雜海面狀況下的鹽度遙感進(jìn)行了研究。首先，利用小斜率近似(SSA)模型的模擬結(jié)果與由Aquarius衛(wèi)星獲得的海表發(fā)射率增量數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，盡管使用了多種海浪譜模型，但在中高風(fēng)速模擬與實(shí)測(cè)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(chǎn)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(nèi)部垂直結(jié)構(gòu)和泡沫厚度分布的基礎(chǔ)上，本文利用理論模型模擬了泡沫的發(fā)射率，并同時(shí)與使用較多的經(jīng)驗(yàn)的泡沫發(fā)射率模型進(jìn)行了對(duì)比。在小斜率近似模型的基礎(chǔ)上，當(dāng)綜合考慮泡沫覆蓋率和發(fā)射率模型對(duì)海表發(fā)射率增量進(jìn)行模擬時(shí)發(fā)現(xiàn)，使用經(jīng)驗(yàn)的或Vaf（泡沫-空氣交界處的空隙分?jǐn)?shù)）為75％時(shí)的理論的泡沫發(fā)射率模型時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)差之和都能

6、達(dá)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(jìn)模型。通過(guò)與驗(yàn)證數(shù)據(jù)的對(duì)比，改進(jìn)模型對(duì)亮溫的模擬偏差較小，模擬亮溫的均方根誤差可以達(dá)到優(yōu)于0.5K。
　　最后，本文針對(duì)降雨對(duì)鹽度遙感的三種影響分別進(jìn)行了分析。首先，降雨時(shí)大氣中的液態(tài)水對(duì)微波輻射的影響較小，在降雨率為25mm/hr時(shí)約不超過(guò)0.5K，其產(chǎn)生的誤差也不超過(guò)0.02K，誤差可以忽略不計(jì)。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(shí)，在25mm/hr降雨時(shí)的鹽度偏差可達(dá)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(duì)單次降雨過(guò)程的研究發(fā)現(xiàn)，降雨率與鹽度偏差相關(guān)較大，降雨對(duì)水平極化亮溫的影響高于對(duì)垂直極化亮溫的影響。風(fēng)速的增大會(huì)減弱降雨對(duì)海表鹽度的影響。最后，在不考慮降雨對(duì)鹽度改變的影響的條件下，本文在粗糙海面亮溫模型基礎(chǔ)上添加了降雨環(huán)波譜模型來(lái)模擬降雨對(duì)海面粗糙度的影響。通過(guò)模擬并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，降