[发明专利]一种海面风场、海浪和海流的联合观测方法

说明书

本发明属于遥感技术领域，具体地说，涉及一种海面风场、海浪和海流的联合观测方法，包括：步骤1)向海面发射一组差频脉冲信号，获取海浪谱不同波长分量；步骤2)向海面发射脉冲信号，得到不同方位角下的海面后向散射系数和多普勒频移；步骤3)利用步骤1)的结果，反演得到海面海浪谱信息；步骤4)利用后向散射系数反演得到海面风场信息；步骤5)根据步骤3)和步骤4)得到的结果，基于海面多普勒谱模型，估计海面风场和海浪引起的多普勒频移；步骤6)将步骤2)得到的多普勒频移减去由卫星平台运动引起的多普勒频移和步骤5)得到的海面风场和海浪引起的多普勒频移，估计由海面流场引起的多普勒频移，进而反演得到海面流场信息。

技术领域

本发明属于遥感技术领域，具体地说，涉及一种海面风场、海浪和海流的联合观测方法。

背景技术

海洋环境是一个包含了多种要素且复杂多变的整体，海流是其中一个重要的海洋动力环境参数，全球气候和区域性气候的重要调节因素。海流是海水因热辐射、蒸发、降水、冷缩等因素而形成密度不同的水团，再加上风应力、地转偏向力、引潮力等作用而形成的大规模相对稳定的非周期性海水运动流动。世界大洋表层的海流，按其成因来说大多属于风生海流。海流也是当前全球尺度海洋动力学参数中(风、浪、流、温、盐、深)唯一无法有效探测的参数。

在海洋环境中，海面风场(海风)、海浪、海面流场(海流)是描述海面动力学过程的三个基本参数，也是影响海洋-大气物质和能量交换的关键因素，三者既相互独立，也相互耦合。海面风场是海洋上层运动的主要动力来源，海面风场不仅驱动海流运动，也是形成海浪的直接动力。反过来，海流的运动以及海浪的成熟和发展也会改变海面粗糙度，进而影响海面风场。此外，海流的作用也会对海浪的演变过程以及形态产生复杂影响。

随着微波遥感器的快速发展，基于海面散射回波多普勒频移信息的海洋微波遥感技术成为全球范围、全天时、全天候海流探测的重要手段，也是当前微波海洋遥感领域的热点研究方向。回波多普勒频移质心与散射目标的雷达视向速度密切相关，这也是基于多普勒频移探测海面流场的物理基础。然而对于海面而言，由于海面自身构成及海面电磁散射的复杂性，海面回波多普勒质心不仅与海流运动有关，而且还受到满足Bragg散射波的相速度、海浪调制以及海面风场等因素的影响。

为了精确反演得到海面流场信息，卫星平台运动和海面风场、海浪引起的多普勒速度必须准确估计。随着卫星精密定轨技术的发展，卫星平台运动信息可以准确获得，进而可以准确估计由卫星运动引起的多普勒速度；而由海面风场和海浪引起多普勒速度的准确估计成为影响流场反演精度的主要因素。

在海面流场反演中，准确的海面风场和海浪引起的多普勒速度估计依赖于同程、准确的海面风场和海浪谱信息。在目前的全球海面流场的观测方法或观测计划中，通常都是基于小于20度的小入射角下的海浪和海流同步观测，但其缺少对海面风场的观测，且观测刈幅很窄，无法实现全球快速覆盖。基于该方法的海面流场反演，准确的海面风场和海浪引起的多普勒速度估计依赖于外部的风场输入，由于非同程观测的海面风场信息的外部输入，会引入风场信息误差，必然会直接影响海面流场的反演精度。

另外，现有的观测方法通常还基于海风和海流的同步观测，但是，其缺少对海浪信息的直接观测。基于该方法的海面流场的反演，海风-海浪引起的多普勒速度估计依赖于外部的海浪谱信息，并不是同程获得的海浪谱信息；不同的海浪谱模型的计算结果，会存在较大的差异，也会直接影响海面流场的反演精度。

因此，现有的观测方法都无法实现全球海面风场、海浪和海流的同程、宽刈幅观测，大大降低了海面流场的反演精度。提出一种新的海面风场、海浪和海流的同程、宽刈幅观测手段具有重要意义。同程、宽刈幅观测是实现星载海风、海浪、海流全球观测和反演的关键，同时也可以有效降低雷达系统设计复杂度。

发明内容