一种多源海面风场的融合方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种多源海面风场的融合方法和装置，包括：获取包括多个星载微波遥感器采集的海面风场数据和/或多个再分析气象海面风场数据的多源海面风场数据；根据预设时空分辨率分别对每一个星载微波遥感器获取的海面风场数据进行网格化处理，得到对应的多个等经纬度的海面风场数据；利用时空插值算法对所有的等经纬度的海面风场数据进行插值计算，得到融合海面风场数据；其能发挥多源卫星的协同观测的优势，通过卫星遥感风场数据和/或再分析气象风场数据融合构建的融合海面风场数据能够在保留中小尺度特征信息的前提下，有效提高海面风场数据的覆盖范围及时空分辨率，可更好地满足数值天气预报、海洋预报研究及海洋中小尺度系统研究的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋微波遥感
，具体而言，涉及一种多源海面风场的融合方法和装置。
技术介绍
海洋表面风矢量是影响海浪、海流、水团的活跃因子和海洋动力学的基本参数，其在提高全球大气、海洋动力学预报模式的准确性等研究中有着重要的价值。同时,海面风矢量也是影响航海、海上作业、渔业生产等的主要因素，掌握海面风场是优化航线、航路保证、避免台风、搜索和救援工作的关键，因此,海面风矢量的观测具有重要意义。卫星遥感以大面积的同步测量、获取速度快、覆盖范围大、时空分辨率高、可连续观测等优点而成为目前全球风矢量观测的主要手段。其中，星载微波散射计以其能够在晴空和有云条件下全天候提供海面风矢量(包括风速和风向)观测数据等特点成为目前为止获取全球海洋风矢量最主要的微波遥感器。自1978年美国发射了第一个搭载业务化运行散射计的卫星Seasat以来，卫星遥感海面风场观测技术得到长足发展，已有包括ERS-1/SCAT(1991.07.17～1996.06)、ERS-2(1995.04.21～2001.01)、ADEOS-I/NSCAT(1996.08.17～1997.06.30)、QuikSCAT(1999.06.19～2009.11.23)、ADEOS-II/SeaWinds(2002.12.14～2003.10.23)、MetOp-A/ASCAT(2006.10.19)、HY-2/SCAT等在内的多个星载微波散射计和星载微波辐射计业已投入业务化运行，极大的提高了全球海面风场观测能力。基于上述卫星遥感的方式，目前均是使用单星进行海面风矢量(或者海面风速)的观测，而随着科技的不断进步，进一步了解大气耦合系统以及发展数值天气预报和海洋预报对海面风场观测数据的观测精度和时空分辨率提出了越来越高的要求，有些应用要求时间分辨率和空间分辨率分别达到6h和50km，此时，仅仅依靠单颗卫星的观测数据已难以满足上述需求。以HY-2卫星散射计数据产品为例，尽管其L2B级风场产品可提供中小尺度海洋和大气的精细化特征，但该海面风场数据产品按轨道存储，风矢量单元空间分布不均匀、每天观测区域不固定，在中低纬区域过境的次数通常为一天两次，覆盖全球一次约需3天，其单星数据难以满足高时空分辨率的海面风场观测需求。专利技术人在研究中发现，现有技术中依靠单颗卫星的观测数据已无法满足高观测精度和高时空分辨率的高要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例的目的在于提供一种多源海面风场的融合方法和装置，以有效提高海面风场数据的覆盖范围及时空分辨率。第一方面，本专利技术实施例提供了一种多源海面风场的融合方法，所述方法包括：获取多源海面风场数据；所述多源海面风场数据包括：多个星载微波遥感器采集的海面风场数据和/或多个再分析气象海面风场数据；其中，所述星载微波遥感器包括星载微波散射计和/或星载微波辐射计；所述海面风场数据包括：风速数据和/或风向数据；所述再分析气象海面风场数据为等经纬度的海面风场数据；根据预设时空分辨率分别对每一个所述星载微波遥感器获取的所述海面风场数据进行网格化处理，得到分别对应于每个星载微波遥感器的等经纬度的海面风场数据；利用时空插值算法对所有的所述等经纬度的海面风场数据进行插值计算，得到融合海面风场数据；其中，所述融合海面风场数据包括：风速融合数据和风向融合数据。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述利用时空插值算法对所有的所述等经纬度的海面风场数据进行插值计算之前，还包括：利用线性插值方法对每一个所述再分析气象海面风场数据进行插值处理，得到所述预设时空分辨率的海面风场数据。结合第一方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述利用时空插值算法对所有的所述等经纬度的海面风场数据进行插值计算，得到融合海面风场数据，包括：利用预先制作的自适应滑动网格窗口查找表，计算所述每一个所述等经纬度的海面风场数据的搜索范围；分别查找所述获取的每一个所述等经纬度的海面风场数据在其对应的所述搜索范围内的有效观测数据；利用时空插值算法对所有有效观测数据进行插值计算，得到融合海面风场数据。结合第一方面的第二种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，预先制作自适应滑动网格窗口查找表的方法，包括：遍历标准网格中纬度对应的第一维度，计算每个纬度对应的相关自适应滑动网格窗口大小；根据标准网格中所有纬度对应的相关自适应滑动网格窗口大小，制作每一个所述等经纬度的海面风场数据的自适应滑动网格窗口查找表。结合第一方面的第三种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述遍历标准网格中纬度对应的第一维度，计算每个纬度对应的相关自适应滑动网格窗口大小，包括：按照以下公式计算所述标准网格中每个网格单元对应的纬度：lat_real＝i_lat/4-90.125；其中，lat_real表示网格单元对应的纬度；i_lat表示网格单元对应的行号，所述行号为存储网格化数据的预设数组中第一维度下标号；按照以下公式计算与所述网格单元的行号相邻的多个网格单元的中心位置之间的球面距离naber_distance(i_lat)；按照以下公式计算与每个网格单元的行号关联的纬度相对应的相关半径：eff_win(i_lat)＝25/naber_distance(i_lat)；其中，eff_win(i_lat)表示与网格单元的行号关联的纬度相对应的相关半径；按照以下公式计算与每个网格单元的行号关联的纬度相对应的自适应滑动网格窗口大小：eff_win(i_lat)＝round(1/eff_win(i_lat))；其中，eff_grid(i_lat)表示与网格单元的行号关联的纬度相对应的自适应滑动网格窗口大小。结合第一方面的第三种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述海面风场包括风速数据时，利用时空插值算法对所有海面风速有效观测数据进行插值计算，得到融合海面风速数据，包括：按照以下公式计算所有海面风速有效观测数据的权重值： w k = 2 - [ ( x k - x 0 ) 2 + ( y k 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多源海面风场的融合方法，其特征在于，所述方法包括：获取多源海面风场数据；所述多源海面风场数据包括：多个星载微波遥感器采集的海面风场数据和/或多个再分析气象海面风场数据；其中，所述星载微波遥感器包括星载微波散射计和/或星载微波辐射计；所述海面风场数据包括：风速数据和/或风向数据；所述再分析气象海面风场数据为等经纬度的海面风场数据；根据预设时空分辨率分别对每一个所述星载微波遥感器获取的所述海面风场数据进行网格化处理，得到分别对应于每个星载微波遥感器的等经纬度的海面风场数据；利用时空插值算法对所有的所述等经纬度的海面风场数据进行插值计算，得到融合海面风场数据；其中，所述融合海面风场数据包括：风速融合数据和风向融合数据。

【技术特征摘要】
1.一种多源海面风场的融合方法，其特征在于，所述方法包括：获取多源海面风场数据；所述多源海面风场数据包括：多个星载微波遥感器采集的海面风场数据和/或多个再分析气象海面风场数据；其中，所述星载微波遥感器包括星载微波散射计和/或星载微波辐射计；所述海面风场数据包括：风速数据和/或风向数据；所述再分析气象海面风场数据为等经纬度的海面风场数据；根据预设时空分辨率分别对每一个所述星载微波遥感器获取的所述海面风场数据进行网格化处理，得到分别对应于每个星载微波遥感器的等经纬度的海面风场数据；利用时空插值算法对所有的所述等经纬度的海面风场数据进行插值计算，得到融合海面风场数据；其中，所述融合海面风场数据包括：风速融合数据和风向融合数据。2.根据权利要求1所述的多源海面风场的融合方法，其特征在于，所述利用时空插值算法对所有的所述等经纬度的海面风场数据进行插值计算之前，还包括：利用线性插值方法对每一个所述再分析气象海面风场数据进行插值处理，得到所述预设时空分辨率的海面风场数据。3.根据权利要求2所述的多源海面风场的融合方法，其特征在于，所述利用时空插值算法对所有的所述等经纬度的海面风场数据进行插值计算，得到融合海面风场数据，包括：利用预先制作的自适应滑动网格窗口查找表，计算所述每一个所述等经纬度的海面风场数据的搜索范围；分别查找所述获取的每一个所述等经纬度的海面风场数据在其对应的所述搜索范围内的有效观测数据；利用时空插值算法对所有有效观测数据进行插值计算，得到融合海面风场数据。4.根据权利要求3所述的多源海面风场的融合方法，其特征在于，预先制作自适应滑动网格窗口查找表的方法，包括：遍历标准网格中纬度对应的第一维度，计算每个纬度对应的相关自适应滑动网格窗口大小；根据标准网格中所有纬度对应的相关自适应滑动网格窗口大小，制作每一个所述等经纬度的海面风场数据的自适应滑动网格窗口查找表。5.根据权利要求4所述的多源海面风场的融合方法，其特征在于，所述遍历标准网格中纬度对应的第一维度，计算每个纬度对应的相关自适应滑动网格窗口大小，包括：按照以下公式计算所述标准网格中每个网格单元对应的纬度：lat_real＝i_lat/4-90.125；其中，lat_real表示网格单元对应的纬度；i_lat表示网格单元对应的行号，所述行号为存储网格化数据的预设数组中第一维度下标号；按照以下公式计算与所述网格单元的行号相邻的多个网格单元的中心位置之间的球面距离naber_distance(i_lat)；按照以下公式计算与每个网格单元的行号关联的纬度相对应的相关半径：eff_win(i_lat)＝25/naber_distance(i_lat)；其中，eff_win(i_lat)表示与网格单元的行号关联的纬度相对应的相关半径；按照以下公式计算与每个网格单元的行号关联的纬度相对应的自适应滑动网格窗口大小：eff_win(i_lat)＝round(1/eff_win(i_lat))；其中，eff_grid(i_lat)表示与网格单元的行号关联的纬度相对应的自适应滑动网格窗口大小。6.根据权利要求4所述的多源海面风场的融合方法，其特征在于，所述海面风场包括风速数据时，利用时空插值算法对所有海面风速有效观测数据进行插值计算，得到融合海面风速数据，包括：按照以下公式计算所有海面风速有效观测数据的权重值： w k = 2 - [ ( x k - x 0 ) 2 + ( y k - y 0 ) 2 R 2 ] + ( t k - t 0 ) 2 T 2 2 + [ ( x k - x 0 ) 2 + ( y k - y 0 ) 2 R 2 ] + ( t k - t 0 ) 2 T 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹巨洪，林明森，邹斌，吴志峰，郭茂华，崔松雪，
申请(专利权)人：国家卫星海洋应用中心，中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11