一种海面风场反演中微波散射计数据搜索范围的计算方法技术

一种海面风场反演中微波散射计数据搜索范围的计算方法，NDBC浮标数据预处理；提取实测风数据，构建风向量集合；HY‑2A散射计数据预处理；建立初始值为0km，步长值为5km，最大值为50km的搜索范围序列T，即参与计算该单元风场的后向散射系数的空间范围；根据提取结果，遍历集合A中所有向量，提取散射计数据；对序列T进行归一化处理，步长值为0.02，则得到T；遍历数据集A计算风场反演误差，即对第n个风向量An，计算对应序列Bn中风速、风向值与An值的绝对误差并进行归一化处理，得到误差数组e∈(0,1)；绘制e和T的散点图，拟合曲线，沿45°方向搜索最小值，其对应的序列值即为最优搜索范围值。

A method for searching range of microwave scatterometer data in retrieving sea surface wind field

A method for calculating the searching range of microwave scatterometer data in sea surface wind field inversion is proposed, which is NDBC buoy data preprocessing, extracting the measured wind data to construct a set of wind vectors, HY_2A scatterometer data preprocessing, and establishing the searching range T with initial value of 0 km, step value of 5 km and maximum value of 50 km. The space range of the backscattering coefficients of the field; according to the extraction results, all the vectors in the set A are traversed to extract the scattering counter data; the sequence T is normalized, and the step size is 0.02, then T is obtained; the data set A is traversed to calculate the wind field inversion error, that is, for the N wind vector A n, the wind speed, wind direction and A of the corresponding sequence Bn are calculated. The absolute error of n value is normalized to get the error array e <(0,1); the scatter plots of E and T are plotted, the curve is fitted, and the minimum value is searched along the direction of 45 degrees, and the corresponding sequence value is the optimal search range value.

【技术实现步骤摘要】
一种海面风场反演中微波散射计数据搜索范围的计算方法
本专利技术属于海洋遥感
，尤其是涉及一种海面风场反演中微波散射计数据搜索范围的计算方法。
技术介绍
海面风场是影响海浪、海流、水团的重要因素和海洋动力学的基本参数，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，海面风矢量是影响航海、海上作业、渔业生产等的主要因素，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[1]。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(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[2]。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[3]，已有多个星载散射计投入业务化运行，包括ERS1/2散射计[4]、NSCAT[5]、QuikSCAT与ADEOSⅡ[6]以及Metop[7]上搭载的微波散射计。我国于20世纪80年代开始了微波散射计的研究计划，并于2002年发射的神舟四号飞船上搭载我国第一个试验用星载散射计，2011年8月发射了海洋二号(HY-2A)卫星，搭载有我国首个可业务化运行的卫星散射计。微波散射计反演的海面风场的过程中，通常根据风场产品的格网大小，确定后向散射系数的搜索范围。现有的大部分散射计风场产品得格网大小为25km×25km，即采用25km作为搜索半径，ASCAT的海岸风场产品的格网大小达到12.5km×12.5km，有研究人员尝试将ASCAT风场产品尺寸提升至6.25km×6.25km[8]。由于没有判定最优搜索范围的标准以及计算范围的方法，导致了散射计风场产品规格较少，没有充分发掘其应用的潜力。参考文献[1]林明森,邹巨洪,解学通,张毅.HY-2A微波散射计风场反演算法[J].中国工程科学,2013,15(07):68-74.[2]LiuW，Timothy.Progressinscatterometerapplication[J].Oceanography，2002，58：121-136.[3]GranthamW，Bracalentee，JonesW，etal.TheSeaSat-Asatellitescatterometer[J].IEEEJournalofOceanicEngineering，1977，OE22(2)：200-206.[4]AttemaEPW.TheActiveMicrowaveInstrumentOnboardtheERS-1Satellite[C].ProceedingsoftheIEEE，1991，79(6)：791-799.[5]NaderiFM，FreilichMH，LongDavidG.SpaceborneRadarMeasurementofWindVelocityovertheOcean-AnOverviewoftheNSCATScatterometerSystem[C].ProceedingsoftheIEEE，1991，79(6)：850-866.[6]WuChialin，LiuYong，KelloggKH.DesignandCalibrationoftheSeawindScatterometer[C].IEEETransactionsonaerospaceandelectronicsystems，2003，39(1)：94-109.[7]Figa-SaldanaJ，WilsonJJW，AttemaE，etal.Theadvancedscatterometer(ASCAT)onthemeteorologycaloperational(MetOp)platform：AfollowonforEuropeanwindscatterometers[J].CanadianJournalofRemoteSensing，2002，28(3)：404-412.[8]J.Vogelzang,A.Stoffelen,R.D.Lindsley,A.Verhoef,andJ.Verspeek,“TheASCAT6.25-kmWindProduct,”IeeeJournalofSelectedTopicsinAppliedEarthObservationsandRemoteSensing,vol.10,no.5,pp.2321-2331,May,2017.
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述由于没有判定最优搜索范围的标准以及计算范围的方法，导致散射计风场产品规格较少，没有充分发掘其应用的潜力等问题，提供利用现场观测的风数据，建立微波散射计风场反演中后向散射系数最优搜索范围的标准，实现最优范围的计算，取得良好效果的一种海面风场反演中微波散射计数据搜索范围的计算方法。本专利技术包括以下步骤：1)NDBC浮标数据预处理；在步骤1)中，所述NDBC浮标数据预处理的方法可为：剔除单站位风数据中的空值和非法值。2)提取实测风数据，构建风向量集合；在步骤2)中，所述提取实测风数据，构建风向量集合的方法可为：所述风向量集合表示为A，包括time，lon，lat，ws，wd；其中，time是风数据的采集时间(UTC时间)，lon是该时刻风数据的经度，lat是该时刻风数据的纬度，ws是该时刻的风速，wd是该时刻的风向；第n个数据表示为An(timen，lonn，latn，wsn，wdn)。3)HY-2A散射计数据预处理；在步骤3)中，所述HY-2A散射计数据预处理的方法可为：剔除散射计数据中的空值和非法值。4)建立初始值为0km，步长值为5km，最大值为50km的搜索范围序列T(T1＝0，T50＝50)，即参与计算该单元风场的后向散射系数的空间范围；5)根据步骤2)中的提取结果，遍历集合A中所有向量，提取散射计数据；在步骤5)中，所述提取散射计数据的具体方法可为：对于集合A中第n个向量，选取在timen时，覆盖位置M(lonn，latn)的散射计后向散射条带，以位置M(lonn，latn)为中心，以序列T为半径，分别提取后向散射系数并反演风场，建立序列风场向量集合Bn(T，ws，wd)，序列中的第k项对应的风向量为Bnk(Tk，wsk，wdk)；若散射计无数据，则删除数据集A中的第n个向量。6)对序列T进行归一化处理，步长值为0.02，则得到T(T1＝0，T50＝1)；7)遍历数据集A计算风场反演误差，即对第n个风向量An，计算对应序列Bn中风速、风向值与An值的绝对误差并进行归一化处理，得到误差数组e∈(0,1)；绘制e和T的散点图，拟合曲线，沿45°方向搜索最小值，其对应的序列值即为最优搜索范围值。本专利技术以获得最优的微波散射计风场反演结果为目标，以风场反演精度和搜索范围的作为最优搜索范围的标准，以现场实测风数据为中心，选取散射计条带数据，设计搜素范围的多级序列，提取后向散射系数并反演海面风场，计算序列与实测数据的误差值，根据标准确定最优范围，具体的过程如下：1、现场实测风数据预处理，提取风向量数据集合。2、散射计数据预处理，匹配实测风数据和散射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海面风场反演中微波散射计数据搜索范围的计算方法，其特征在于包括以下步骤：1)NDBC浮标数据预处理；2)提取实测风数据，构建风向量集合；3)HY‑2A散射计数据预处理；4)建立初始值为0km，步长值为5km，最大值为50km的搜索范围序列T，包括T1＝0，T50＝50，即参与计算该单元风场的后向散射系数的空间范围；5)根据步骤2)中的提取结果，遍历集合A中所有向量，提取散射计数据；6)对序列T进行归一化处理，步长值为0.02，则得到T，包括T1＝0，T50＝1；7)遍历数据集A计算风场反演误差，即对第n个风向量An，计算对应序列Bn中风速、风向值与An值的绝对误差并进行归一化处理，得到误差数组e∈(0,1)；绘制e和T的散点图，拟合曲线，沿45°方向搜索最小值，其对应的序列值即为最优搜索范围值。

【技术特征摘要】
1.一种海面风场反演中微波散射计数据搜索范围的计算方法，其特征在于包括以下步骤：1)NDBC浮标数据预处理；2)提取实测风数据，构建风向量集合；3)HY-2A散射计数据预处理；4)建立初始值为0km，步长值为5km，最大值为50km的搜索范围序列T，包括T1＝0，T50＝50，即参与计算该单元风场的后向散射系数的空间范围；5)根据步骤2)中的提取结果，遍历集合A中所有向量，提取散射计数据；6)对序列T进行归一化处理，步长值为0.02，则得到T，包括T1＝0，T50＝1；7)遍历数据集A计算风场反演误差，即对第n个风向量An，计算对应序列Bn中风速、风向值与An值的绝对误差并进行归一化处理，得到误差数组e∈(0,1)；绘制e和T的散点图，拟合曲线，沿45°方向搜索最小值，其对应的序列值即为最优搜索范围值。2.如权利要求1所述一种海面风场反演中微波散射计数据搜索范围的计算方法，其特征在于在步骤1)中，所述NDBC浮标数据预处理的方法为：剔除单站位风数据中的空值和非法值。3.如权利要求1所述一种海面风场反演中微波散射计数据搜索范围的计算方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏士俨，杨晟，
申请(专利权)人：国家海洋局第三海洋研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35