波浪破碎散射模式的研究及应用

论文摘要

海面反射、散射或自发辐射的各个波段的电磁波携带着海表面温度、海平面高度、海表面粗糙度以及海水所含各种物质浓度的信息。波浪破碎是海洋的一种重要现象,波浪破碎支撑着海-气之间的热通量和气体通量的交换,这些通量对于天气和气候都有深远影响。同时,波浪破碎使得海表的粗糙度增加,这对于海表散射电磁波有极大的影响,因此在处理雷达散射问题时,考虑波浪破碎的影响十分必要。本文分析了雷达散射的两种模式,并阐述了波浪破碎在海表电磁波散射过程中的重要性。论文的创新点在于利用Kudryavtsev03模式,反演得到了波浪破碎率与风速的两种新关系式,同时得到了较高精度的风速反演的隐含模式。针对波浪破碎微波散射模式问题,论文主要研究结果如下:1.在Kudryavtsev03模式的基础上,以黄兴忠的白冠覆盖率公式替代破碎率,利用ERS-1散射计数据,对Bragg散射模式和Kudryavtsev03模式的结果进行了比较。结果表明:在相同条件下,考虑波浪破碎的Kudryavtsev03模式明显优于纯Bragg散射模式。2对Kudryavtsev03模式进行了修正。通过与实测ERS-1散射计数据比较,表明修正后,入射角在18-35°范围内,模式的结果具有较高的精度。3利用修正后的模式及散射计数据,在入射角为30-35°范围内,反演破碎率,并对反演结果进行了拟合,得到了两个新的破碎率与风速的关系式。4利用修正后的模式及新的破碎率公式,在入射角为30-35°范围内,反演风速,具有较高精度。5利用反演的风速,根据经验关系式,推算了各种海洋物理量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 海洋遥感的基本原理和意义简介
• 1.2 波浪破碎及其在海洋遥感中的作用
• 1.3 未考虑波浪破碎的散射模型存在的问题
• 1.4 本文的选题背景和主要研究内容
• 1.4.1 选题意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 第二章 散射模式介绍
• 2.1 雷达海洋遥感的基本原理
• 2.1.1 雷达成像的几何关系
• 2.1.2 雷达的分辨率
• 2.2 海面微波散射基本概念
• 2.2.1 散射截面（Radar Cross Section, RCS）
• 2.2.2 镜面反射和后向散射
• 2.2.3 海面粗糙度
• 2.2.4 极化
• 2.3 散射模型
• 2.3.1 Bragg 共振散射模型
• 2.3.2 Kirchhoff 散射模型（简称KA 近似）
• 2.3.3 SPA 散射模式
• 2.3.4 双尺度散射模型
• 2.3.5 积分方程模式
• 2.3.6 全波解模式
• 2.4 各种参数对散射模式的影响
• 2.4.1 风速
• 2.4.2 入射角
• 2.4.3 风向方位角
• 2.4.4 极化方式
• 2.4.5 海水的介电特性
• 第三章 考虑波浪破碎的散射模型简介
• 3.1 实验模型
• 3.1.1 在固定破碎波上的雷达后向散射
• 3.1.2 基于测量数据拟合的经验散射模式
• 3.2 理论模型
• 3.2.1 Phillips 1988
• 3.2.2 KHCC 03
• 第四章 波浪破碎对散射模式的影响
• 4.1 数据介绍
• 4.1.1 ERS-1 的介绍
• 4.1.2 数据介绍
• 4.2 Bragg 散射
• 4.3 波浪破碎的贡献
• 4.4 小结
• 第五章 KHCC03 模型的改进
• 5.1 模式改进
• 5.2 改进模式的检验
• 第六章 改进模式的应用
• 6.1 波浪破碎率的反演
• 6.2 风速反演
• 6.3 若干物理量的推算
• 6.3.1 平均波长
• 6.3.2 平均周期
• 6.3.3 有效波高
• 6.3.4 白冠覆盖率
• 第七章 结语及今后工作展望
• 7.1 结论
• 7.2 下一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢