海洋表层盐度遥感反演机理及应用研究

论文摘要

海表盐度是描述海洋的一个重要参量,研究其分布和变化规律对了解海洋自身特性以及海洋在海洋和大气这一复杂系统中的作用有着重要意义。海表盐度的遥感探测是获取该参量资料的有效手段。论文主要研究L波段海表盐度微波遥感机理和反演模式,该研究充分考虑了复杂的海洋状况及其环境要素,探讨了各种海况下盐度遥感反演的经验和理论模式。具体研究内容和创新成果如下:1、海面近似为平静表面前提下,论文分别考虑了法拉第旋转效应、大气传输、电离层吸收辐射等因素产生的亮温观测误差。结合辽宁庄河外海对比观测资料,本文首次综合考虑了法拉第旋转效应、大气传输和背景辐射等因素影响,建立了平静海面高精度的盐度遥感反演模式,平均绝对误差为0.4psu,和现有平静海面盐度反演算法比较,精度明显提高。目前模式通常将背景辐射这一时空变量当作常数处理,以及大气成份含量的多变性都可能产生海表盐度遥感反演的误差。未考虑真实海面的粗糙度影响也是导致盐度反演误差的重要原因。2、在低风速情况下,海表粗糙度是影响海面微波辐射亮温的重要因素。论文充分考虑了粗糙度,尤其是风速和涌浪的影响,结合北黄海海表盐度航空遥感比测实验数据,对风速和涌浪这两个参量进行线性回归,建立了适用于实验海区的高精度海表盐度反演模式,平均绝对误差为0.3。目前考虑粗糙度影响的海表盐度反演模式达到的最高精度为0.52psu,与此相比,本文所建立模式在实验海区反演结果更为精确。导致盐度反演误差可能是因为不同海区悬浮物、泥沙、海气温差等因素的影响,也正因如此海表盐度反演模式也具有一定的区域性限制。3、白冠覆盖海表盐度反演一直是盐度遥感反演的难点问题,目前白冠覆盖海面的盐度遥感机理和实验研究较少。论文针对白冠覆盖海表盐度反演机理进行了初步研究。由于海面白冠层是一种水气复合介质,因此对复合介质有效介电响应的研究十分必要。论文利用超几何方程,得到了球形粒子介电常数具有复杂形式的梯度复合物的有效介电响应解析公式,同时验证了DEDA(微分有效偶极子法)数值方法的有效性。在此基础上,利用有效介质近似理论方法,初步讨论了高海况条件下白冠覆盖率、气泡的粒径分布等因素对海表辐射率和海表盐度反演精度的影响。总之,真实海洋及其环境要素复杂多变,海洋物理参量之间也互相联系制约,如海水悬浊物、微生物、泥沙、海气温差等因素都可以改变海水的有效介电常数以及影响海表盐度反演精度,这些复杂的要素对盐度遥感的影响需要进一步深入探讨。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 海表盐度遥感反演的意义
• 1.2 海表盐度遥感的历史和现状
• 1.2.1 固定平台观测
• 1.2.2 航空遥感观测
• 1.2.3 卫星遥感观测
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 海洋盐度遥感反演机理
• 2.1 海水盐度基本概念和测量方法
• 2.2 微波辐射的相关概念
• 2.3 海表盐度反演机理
• 第三章 平静海面盐度微波遥感研究
• 3.1 海表亮温理论模型研究
• 3.2 环境因素对亮温观测的影响
• 3.2.1 法拉第旋转
• 3.2.2 大气传输影响
• 3.2.3 电离层吸收和辐射的影响
• 3.3 平静海面盐度遥感反演算法验证探讨
• 3.4 平静海面盐度遥感反演的新经验模式
• 3.5 本章结论
• 第四章 低风速下粗糙海平面盐度遥感反演
• 4.1 粗糙海表盐度遥感实验和反演模式的研究
• 4.2 北黄海航空遥感实验及新模式的建立
• 4.3 本章结论
• 第五章 白冠覆盖海面盐度遥感反演
• 5.1 有效介电常数公式
• 5.2 白冠覆盖海面微波遥感基本原理
• 5.2.1 微波辐射计
• 5.2.2 基尔霍夫定律
• 5.2.3 亮温测量方法
• 5.3 白冠层相关概念
• 5.4 有效介质近似
• 5.5 白冠覆盖对海表辐射的影响
• 5.5.1 无破碎海面辐射率的计算
• 5.5.2 白冠覆盖海面的辐射率
• 5.6 模式初步建立和探讨
• 5.7 本章结论
• 本文结论、创新及研究展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 附录