提高星载激光雷达海面风速探测精度的研究
云和气溶胶激光雷达和红外探测者卫星CALIPSO上载有主动光学传感器一激光雷达CALIOP,经研究使用CALIOP数据可以测量得到高精度、高分辨率的海面风速信息。本文旨在提高CALIPSO星载激光雷达海面风速探测精度,分别以CALIPSO2007年1月、4月、7月、10月和2008年1月、4月、7月、10月共八个月的数据为研究对象,使用CALIPSO最新版本3.01的Leve11B提取海面后向散射信号,使用Leve125 km分辨率的云、气溶胶产品中的云光学厚度和气溶胶光学厚度等参数进行大气双程透过率校正,分别采用退偏比法和经验公式法进行白帽及次表层水体校正,通过计算按季节统一的地理位置校正系数进行地理位置校正消除系统误差,综合与CALIPSO卫星同轨道、准同步的AMSR-E最新版本海面风速数据,建立多种因素影响下更为准确的星载激光探测到的海面均方斜率与风速关系模型,提高反演得到的海面风速的精度。 通过确定海面对应的激光雷达垂直剖面元素来读取准确的激光雷达海面后向散射信号值,使用更为准确的同步匹配的AMSR-E版本7数据作为风速真值;为扩大数据量,不再剔除无云数据,选取大气后向散射积分和大气双向透过率成线性关系的较为清洁的大气环境下的海面激光雷达信号进行研究;经过大气双向透过率校正、白帽及次表层水体校正、地理位置校正之后获得真正由风速引起的海面镜面后向散射信号;针对卫星天底角变为3°之后的数据,拟合新的均方斜率与海面后向散射信号的关系式。 利用Hu和贾佳的关系模型对新的海面信号提取方法、筛选方法、白帽及次表层水体校正方法进行验证,通过激光雷达多点平均5 km分辨率的数据反演海面风速,与AMSR-E风速对比并进行误差分析,平均偏差最小可达到-0.01,最小标准偏差为0.96,相关系数可达到0.95;不再挑选2％最清洁的数据而选用全部有效数据,非线性拟合海面以上10m风速与均方斜率的关系曲线,着重对高风速区域的关系式进行修改;分别使用2007年1月、4月、7月和10月激光雷达532 nm通道单点70 m水平分辨率和多点平均5 km水平分辨率的夜间数据反演海面风速,与AMSR-E风速对比,误差分析结果优于Hu和贾佳的关系,提高了测风精度;对新拟合的公式在卫星天底角变化之后、大气环境更为复杂的白天、信噪比较低的1064 nm通道三种特殊情况下的数据进行星载激光海面风速探测的适用性验证。
星载激光雷达;海面风速探测;光学传感器;镜面后向散射;数据反演
中国海洋大学
硕士
海洋信息探测与处理
吴东
2012
中文
P732.5;TN958.98
61
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）