基于CALIPSO气溶胶产品LIDAR信号校正的海面风速反演

论文摘要

云和气溶胶激光雷达和红外探测者卫星CALIPSO携带有主动光学传感器-激光雷达CALIOP,在云和气溶胶垂直空间探测方面具有高精度、高空间分辨率的绝对优点,自2006年4月发射升空后得到了广泛的应用。本文旨在探索CALIPSO星载激光雷达在海面信息探测方面的潜能,利用CALIPSO 2007年1月、4月、7月、10月,2008年1月、4月六个月的激光雷达Level 1、Level 2夜间数据,使用Level 2气溶胶产品V3版本提供的气溶胶光学厚度进行大气双程透过率校正,综合与其同轨道、准同步的AMSR-E海面风速数据,研究多种因素影响下的星载激光海面后向散射系数的筛选及其与海面风速的关系模型,实现星载激光高分辨率海面风速的反演及反演结果分析。本文利用最新版本（V3） 2006年6月至2010年5月四年的Level 2云层数据分析研究星载激光穿透概率,分析由CALIPSO激光雷达信号获取海面信息的可能性,统计显示总共约55.6%左右的激光数据可以用来探测海面信息;使用六个月无云Level 1数据研究能够探测海面的激光雷达信号,通过分析大气后向散射积分IBC（Integrated Backscatter Coefficient）和CALIPSO激光雷达V3 Level 2气溶胶产品中新加的参数气溶胶光学厚度求取的大气气溶胶双程透过率Ta2对大气浑浊程度的影响,得出气溶胶含量较少、大气较清洁的海面信号的筛选标准;由气溶胶光学厚度产品求取的气溶胶双程透过率,同时被用于筛选后的CALIPSO激光雷达海面衰减后向散射系数的大气校正。为了消除激光雷达海面后向散射系数的系统误差,对激光雷达后向散射系数地理位置校正进行了初步尝试;使用经过气溶胶光学厚度数据筛选和修正的CALIPSO海面后向散射系数,结合对应的AMSR-E海面风速信息,建立新的海面风速与斜率方差关系模型;并将该模型与Cox-Munk、Wu、Hu提出的关系模型进行对比分析,该模型反演精度优于Cox-Munk和Wu的模型,与Hu等人2008年使用2007年1月CALIPSO激光雷达后向散射信号提出的无气溶胶校正清洁大气模型相差不大;采用AMSR-E风速数据和NEAR-GOOS实测数据对该模型风速反演结果进行印证,六个月的印证误差不同,标准偏差在1.4m/s左右,平均偏差从-0.2m/s到0.3m/s不等;同时,针对CALIPSO激光雷达天底偏角的角度调整（ 0. 3o到3 o）,该模型都较好的反演了海表面风速。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0. 前言
• 1. 绪论
• 1.1 风速测量背景及其物理学原理
• 1.2 国内外研究现状
• 2. CALIPSO 星载激光雷达测风理论基础及数据介绍
• 2.1 CALIPSO 激光雷达
• 2.2 数据产品介绍
• 2.2.1 CALIPSO 激光雷达数据
• 2.2.2 Aqua 卫星和AMSR-E 传感器
• 2.2.3 NEAR-GOOS 和RDMDB 数据
• 2.3 CALIPSO 激光雷达海面风速测量原理
• 3. CALIPSO 星载激光雷达数据预处理
• 3.1 海洋上空数据穿透性统计
• 3.2 海表面后向散射系数的提取
• 3.3 激光雷达信号的二次筛选
• 3.4 激光雷达信号大气双程透过率校正
• 3.4.1 瑞利散射分子双程透过率校正
• 3.4.2 Mie 散射气溶胶透过率校正
• 4. 海表面风速与斜率方差的关系模型
• 4.1 三种海表面风速与斜率方差的经验关系
• 4.2 海表面风速与斜率方差关系模型的建立
• 4.3 角度调整后模型的适用性验证
• 4.4 激光雷达后向散射信号地理校正
• 4.5 反演风速结果分析
• 4.5.1 与AMSR-E 数据比较
• 4.5.2 与实测数据比较
• 5. 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果