微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定方法及装置，其中，该方法包括：获取微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定参数；根据微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定参数确定洋面双尺度极化BRDF矩阵模型；根据洋面双尺度极化BRDF矩阵模型确定微波洋面全极化双尺度下边界条件。该方法中的洋面双尺度极化BRDF矩阵模型可以具有16个完整的矩阵元素解析表达，且能够产生Stokes反射矢量第三和第四分量。同时，该方法中的洋面双尺度极化BRDF矩阵模型耦合了宽范围的海洋参数对于洋面发射和反射的影响，能够进一步提升海气耦合程度。因此，该方法可以有效提升海气耦合辐射传输模式的模拟精度，后续优化海洋参数反演结果，进而提升海洋环境监测能力。进而提升海洋环境监测能力。进而提升海洋环境监测能力。

【技术实现步骤摘要】
微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定方法及装置


[0001]本专利技术涉及微波海气耦合辐射传输
，特别是涉及一种微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定方法及装置。

技术介绍

[0002]地球上海洋总面积约为3.6亿平方公里，约占地球表面积的71％。海洋不仅与天气和气候变化有紧密联系，对于军事和经济贸易等也有重大影响。开展海洋环境监测对于数值模拟，海洋环流，天气分析和气候变化模拟具有重要意义。过去，海洋监测主要是利用浮标、潜标以及海床基系统，但是这些方法难以获得大范围、长时序、高时效的观测数据。卫星平台因为具有上述优点，已成为海洋遥感领域不可或缺的探测手段。微波因为具有穿透云雨粒子的特性，更是具有全天候探测的特点。
[0003]海洋微波遥感是利用电磁波在海面的反射和散射特性以及海面自然发射的微波频段特性来获取海面动力和热力信息的技术手段，并通过极化、相位、干涉等技术获得更多、更精确的海洋表面信息。星载微波遥感技术的迅速发展使得越来越多的卫星开始搭载专门的被动或主动微波载荷进行海洋遥感探测。被动的微波探测仪器有微波辐射计，微波成像仪。主动的微波探测仪器包括微波散射计，合成孔径雷达，海洋高度计和海洋波谱仪等。主被动载荷对海洋表面的物理参数的高精度反演必须依赖于高精度的辐射传输模型。这就需要理解海洋表面的辐射特性，对电磁波与海洋表面之间的物理过程进行清晰而全面的研究，精确模拟海洋大气耦合系统的辐射传输过程。因此，有必要对海气界面的微波辐射传输机理进行深入而系统的研究。
[0004]首先，在数值预报模式中，海洋、大气和陆地经常分开处理，使得对多种地球系统敏感的辐射观测的同化不是最优的。这要求发展先进的海气耦合辐射传输模式来提高被动微波遥感观测在同化中的应用。其次，目前的微波极化海气耦合辐射传输模式，大多数只能模拟垂直和水平分量。但实际上第三和第四分量对于反演洋面风场和中层大气的热力结构都非常重要。此外，在星载被动微波遥感中也缺乏一个物理洋面散射模型为各类被动载荷的定标，不确定性分析和参数依赖分析等提供依据。这三个问题的解决要求我们发展全极化的洋面电磁散射模型。海面是辐射传输模式的底层，作为海气耦合辐射传输模式的下边界需要同时考虑发射和反射。已有的海气耦合辐射传输模式中，在考虑洋面的反射贡献时，洋面要么被假设为在较宽波段内具有恒定反射系数的朗伯反射面，要么使用几何光学模型，几何光学模型在微波频段的使用非常受限。反射项的贡献存在要么使用经验模型模拟，要么物理描述过于简单的问题，使得海气耦合程度不高。发射模型主要有三个，一个是法国的LOCEAN，这个模型是全物理的，只适用于L波段的发射计算；一个是RSS的经验拟合模型，是通过拟合卫星观测数据得到的；第三个是参数化的快速模型FASTEM,这个模型只适用于6GHz以上以及小角度到中等观测天顶角，并且无法计算第三和第四Stokes分量。以上所述的这些反射和发射模型都存在一定的应用限制。在模式的下边界条件处理上，CRTM、RTTOV和ARMS目前都是先用FASTEM计算发射矢量，然后使用单位Stokes矢量减去FASTEM的发射矢
量来获得反射矢量。这样处理洋面反射会漏掉许多能量。Kilic等则是用校正系数来处理反射贡献。Jin等使用了双尺度来描述反射但是在发射上使用的是半经验模型。
[0005]目前，在下边界条件的处理上，现有技术中还没有微波海气耦合辐射传输模式基于统一理论的物理模型来同时考虑发射和反射，这导致了现有的辐射传输模式对洋面的模拟能力不足，精度欠佳。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定方法，用以有效提升海气耦合辐射传输模式的模拟精度，后续优化海洋参数反演结果，进而提升海洋环境的监测能力，所述微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定方法包括：
[0007]获取微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定参数；
[0008]根据微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定参数确定洋面双尺度极化BRDF矩阵模型；
[0009]根据洋面双尺度极化BRDF矩阵模型确定微波洋面全极化双尺度下边界条件。
[0010]具体实施中，所述微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定参数包括角度几何参数、风矢量参数、频率参数、海面温度参数及海面盐度参数。
[0011]具体实施中，所述根据洋面双尺度极化BRDF矩阵模型确定微波洋面全极化双尺度下边界条件，包括：
[0012]根据洋面双尺度极化BRDF矩阵模型确定洋面双尺度极化发射率矢量模型；
[0013]根据洋面双尺度极化BRDF矩阵模型及洋面双尺度极化发射率矢量模型确定微波洋面全极化双尺度下边界条件。
[0014]具体实施中，所述微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定方法还包括，根据微波洋面全极化双尺度下边界条件确定全极化海气耦合辐射传输模式。
[0015]具体实施中，所述根据微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定参数确定洋面双尺度极化BRDF矩阵模型，包括：
[0016]获取水动力调制模型、概率密度分布函数、海面波谱模型、截断波数模型、介电常数模型及海沫模型；
[0017]将微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定参数代入水动力调制模型、概率密度分布函数、海面波谱模型、截断波数模型、介电常数模型及海沫模型，获得洋面双尺度极化BRDF矩阵模型。
[0018]具体实施中，所述将微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定参数代入水动力调制模型、概率密度分布函数、海面波谱模型、截断波数模型、介电常数模型及海沫模型，获得洋面双尺度极化BRDF矩阵模型，包括：
[0019]将微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定参数代入水动力调制模型、概率密度分布函数、海面波谱模型、截断波数模型及介电常数模，确定大尺度BRDF矩阵和小尺度BRDF矩阵；
[0020]将风速参数代入海沫模型，获得海沫反射率；
[0021]根据大尺度BRDF矩阵、小尺度BRDF矩阵及海沫反射率确定洋面双尺度极化BRDF矩阵模型。
[0022]具体实施中，所述根据洋面双尺度极化BRDF矩阵模型确定洋面双尺度极化发射率矢量模型，根据如下公式进行计算：
[0023][0024][0025][0026]其中，表示发射率矢量；A表示洋面双尺度极化BRDF矩阵；I
i
表示Stokes矢量；A
co
表示大尺度BRDF矩阵；A
inco
表示小尺度BRDF矩阵；下标i表示入射辐射；下标s表示出射辐射；δ表示狄拉克函数；表示方位角；θ表示天顶角。
[0027]具体实施中，所述根据洋面双尺度极化BRDF矩阵模型及洋面双尺度极化发射率矢量模型确定微波洋面全极化双尺度下边界条件，根据如下公式进行计算：
[0028][0029]其中，I表示斯托克斯矢量；E表示洋面双尺度极化发射率矢量模型；A表示洋面双尺度极化BRDF矩阵模型；S
t
表示普朗克辐亮度；μ表示天顶角的余弦；表示方位角。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定方法，其特征在于，所述微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定方法包括：获取微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定参数；根据微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定参数确定洋面双尺度极化BRDF矩阵模型；根据洋面双尺度极化BRDF矩阵模型确定微波洋面全极化双尺度下边界条件。2.如权利要求1所述的微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定方法，其特征在于，所述微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定参数包括角度几何参数、风矢量参数、频率参数、海面温度参数及海面盐度参数。3.如权利要求1所述的微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定方法，其特征在于，所述根据洋面双尺度极化BRDF矩阵模型确定微波洋面全极化双尺度下边界条件，包括：根据洋面双尺度极化BRDF矩阵模型确定洋面双尺度极化发射率矢量模型；根据洋面双尺度极化BRDF矩阵模型及洋面双尺度极化发射率矢量模型确定微波洋面全极化双尺度下边界条件。4.如权利要求1所述的微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定方法，其特征在于，所述微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定方法还包括，根据微波洋面全极化双尺度下边界条件确定全极化海气耦合辐射传输模式。5.如权利要求2所述的微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定方法，其特征在于，所述根据微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定参数确定洋面双尺度极化BRDF矩阵模型，包括：获取水动力调制模型、概率密度分布函数、海面波谱模型、截断波数模型、介电常数模型及海沫模型；将微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定参数代入水动力调制模型、概率密度分布函数、海面波谱模型、截断波数模型、介电常数模型及海沫模型，获得洋面双尺度极化BRDF矩阵模型。6.如权利要求5所述的微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定方法，所述将微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定参数代入水动力调制模型、概率密度分布函数、海面波谱模型、截断波数模型、介电常数模型及海沫模型，获得洋面双尺度极化BRDF矩阵模型，包括：将微波洋面全极化双尺度下边界条件的确定参数代入水动力调制模型、概率密度分布函数、海面波谱模型、截断波数模型及介电常...

【专利技术属性】
技术研发人员：何灵莉，翁富忠，杨俊，
申请(专利权)人：中国气象局地球系统数值预报中心，
类型：发明
国别省市：