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“十三五”优秀成果展示——星载主动微波探测器气象海洋要素反演应用

发布者:   来源:   发布时间:2024/3/26 0:00:00   标签:   浏览次数:220

成果评价编号: 中气科成评[2022]215
评价结果: 良好
成果名称: 星载主动微波探测器气象海洋要素反演应用
完成单位: 北京应用气象研究所
成果形式: 应用研究和技术开发类-方法
研究领域: 综合气象观测
评价年份: 2021
完成人: 姜祝辉、孔晓娟、张亮、黄思训、马明、金宝刚、刘娟、陈建、王洋、沈晓晶、白成祖、黄静、常昊天、程锐、蒋晨
成果简介: 本成果以单位内设项目为支撑,通过理论建模、数值仿真、实测比对和应用系统研发,形成了星载主动微波探测器气象海洋要素反演应用新成果,内容如下: 1.创新建立基于双指数形式成像高度计海面风速反演模式函数,解决现有星载成像高度计风速反演模型不适用于7°~11.3°入射角范围的难题; 2.建立雷达高度计Ku-C后向散射截面拟合新模型,提出Vandemark-Chapron算法与Young算法联合反演海面风速的校准方案,构建高度计风速与其他海面风场融合模型; 3.引入吉洪诺夫正则化理论,提出合成孔径雷达反演海面风场新方法; 4.完善降雨条件下地球物理模型函数,构建反演海平面气压场的卫星遥感新方法。
(一)创新建立海面风速反演模式函数,解决了现有星载成像高度计风速反演模型不适用于7°~11.3°入射角范围的难题,经仿真试验,风速反演均方根误差较天宫二号现有模式函数降低了1.42m/s,为“十四五”星载宽幅成像高度计海面风速反演奠定了坚实理论基础。 (二)引入吉洪诺夫正则化理论,创新提出合成孔径雷达反演海面风场新方法,随机试验表明,Sobel算子方法风向反演误差为13°,本成果数值微分反演误差降为0.7°,本成果变分模型迭代次数由枚举法的25921次降低到8次,计算耗时由363秒降低到1秒。实测数据比对表明,当背景场风速误差为1.8m/s,风向误差为44°时,国际通用CMOD4风速反演误差增至5.7m/s,CMOD5风速反演误差增至6.1m/s,本成果提出的阻尼牛顿法变分模型风速误差为1.8m/s,风向误差降低到38°,推动了高分三号以及后续海洋三号卫星合成孔径雷达深化应用。 (三)基于大气辐射传输理论,完善降雨条件下地球物理模型函数,提出二维变分风矢量模糊去除新方法,实测数据比对表明,风向均方根误差由23°降低到16°;基于行星边界层理论,构建反演海平面气压场的卫星遥感新方法,与浮标观测比较,NCEP海面气压背景场均方根误差为0.62hPa,引入散射计海面风场并同化反演得到的海面气压分析场均方根误差降低到0.55hPa。拓展了海洋天气气候系统监测能力,提升了我国海洋二号散射计载荷应用效益。 (四)建立雷达高度计Ku-C后向散射截面拟合新模型,标准差由国外Quartly模型0.31dB降低到0.05dB;给出Vandemark-Chapron算法与Young算法校准方案,解决了不同模型不同高度计间的适用问题;构建雷达高度计风速与其他海面风场融合模型,试验表明高度计沿轨风速均方根误差由2.4m/s降低到了1.3m/s,提高了海洋二号雷达高度计降雨和高风速条件下风速反演精度。
(一)在国家卫星海洋应用中心应用情况 2015年8月至2020年1月,本成果所形成的“C波段合成孔径雷达反演海面风场示范系统”在国家卫星海洋应用中心应用进行了应用,用户认为该示范系统界面友好,使用方便。 (二)在南京信息工程大学海洋科学学院应用情况 2014年9月至2021年11月,本成果的高度计和散射计气象海洋要素反演应用技术在南京信息工程大学海洋科学学院构建我国海洋二号业务化雷达高度计和散射计海面风场产品的核心算法中起到技术支撑作用,《星载主动微波探测器气象海洋要素反演应用》专著在2021届海洋科学海洋气象专业30名研究生授课和6名本科学生的学位论文设计中得到应用。 (三)在电子科技大学资源与环境学院应用情况 2016年6月至今,本成果形成的多年海面风场数据集在电子科技大学资源与环境学院应用,为该院承担的气象海洋环境资料整编任务提供了高分辨率、高精度的海面风场产品,本成果专著在空间信息与数字技术专业教学中得到应用。该院认为相关成果支撑了项目研制,培养了遥感专业人才,社会效益显著。 本成果产生了400余万元经济效益,在高分辨率对地观测重大专项工程建设中起到了重要作用。
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