海洋二号微波散射计资料同化技术研究

发布时间：2017-12-14 10:07

  本文关键词：海洋二号微波散射计资料同化技术研究

  更多相关文章： 散射计 资料同化 风场反演 模糊消除

【摘要】：20世纪80年代以前,人们获取海面风场、海面高度、海水盐度、潮汐等海洋要素主要依靠测量船、海上浮标、飞机等手段获取,不仅效率低、成本高,而且获取的数据都是零星分布的点数据,而且在一些极端条件如南北两极、大风和台风中心等,传统的测量方式都难以实施。在这种情况下,星载散射计应运而生。散射计通过测量海洋表面后向散射系数获得海表面粗糙度信息,进而反演得出海表面风矢量。散射计资料高分辨率、高时效性、覆盖面广的特点可以有效弥补常规海洋观测资料的不足,将散射计资料进行同化,对于改善我国海洋区域的数值预报具有积极的作用。本文以散射计资料同化为主线,对我国自主研制的海洋二号(HY-2)提供的微波散射计资料,从观测数据产生、资料预处理、散射计资料的反演、风场偏差订正以及散射计资料的三维变化同化等方面进行了同化技术研究。散射计资料的预处理是散射计资料能够进行风场反演的基础,本文给出了HY-2号散射计原始数据的预处理过程,即获取雷达后向散射系数并进行几何定位的过程。此外,本文给出了HY-2号散射计资料稀疏化的具体方式,并根据产品提供的一些质量标记信息进行筛选,剔除质量较差的观测以及受海冰影响和陆地表面上的观测。由于后向散射截面与方位角之间具有双调和性质、雷达回波信号的各向异性、地球物理模式函数的非线性和信号中存在的噪音,使得用最大似然估计法(MLE)反演出来的风向不唯一,直接利用散射计反演资料进行同化时,需要进行风矢量解的模糊消除。本文介绍了一种基于风场本身的信息进行模糊消除的矢量中数滤波方法,并在此基础上提出了一种结合模糊解本身概率信息和背景场信息的PRESCAT方法,实验表明PRESCAT模糊消除的效果较好。模糊消除之后的风如果要进行业务化发布或带入同化系统之前需要进行偏差订正,本文利用三元偏差订正的方法,同时结合浮标风的准确性与NWP风的模式一致性,使反演得到的HY-2号散射计风更适用于数值模式和同化系统。目前,大部分资料同化系统都不能直接同化风观测资料的风速和风向,而是先将风矢量转换为其经向分量u和纬向分量v,并认为它们不相关。而u、v分量的观测误差往往直接通过真实风的风速误差的估计得到,而实际上它们具有一定的相关性,并同样受到风向观测误差的影响。因此,考虑将风速与风向直接进行同化比将风矢量分解为u、v分量后进行同化具有更积极的意义。本文从风速风向同化原理出发,设计了HY-2号风速风向三维变分同化算子,并进行了同化对比实验,实验表明,同化风速风向效果要优于同化风分量的效果。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P715.7

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