PDF《散射计海面非气旋风场块状模糊去除方法》

安大伟, 谷松岩, 杨忠东, 等.

散射计海面非气旋风场块状模糊去除方法.应用气象学报,

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4 ) :

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4 9 2. 散射计海面非气旋风场块状模糊去除方法 安大伟 谷松岩 杨忠东 陆风(国家卫星气象中心, 北京

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8 1 ) 摘要利用最大似然法( ML E) 对散射计数据反演得出的风矢量, 一般存在多个模糊解, 故需采用圆中数滤波法进行 模糊去除.但传统圆中数滤波法难以解决风场反演中块状模糊问题.该文根据散射计非气旋性第1风场的空间 分布特性, 归纳出一套适合散射计的加强型圆中数滤波块状模糊去除方法, 并探讨了其适应性.该方法定义简单, 计算量小, 且易收敛.利用欧洲 E UME T S A T 提供的部分 A S C A T( A d v a n c e dS C A T t e r o m e t e r ) L 2原始数据对该方 法进行验证结果表明, 对于非气旋风场分布情况, 该方法在利用其他工具去除台风气旋覆盖区域后, 能有效解决非 气旋区域风场块状模糊问题. 关键词:A S C A T;

非气旋风;

加强型圆中数滤波;

块状模糊 引言国内对于海洋表面风场的研究主要利用地基多 普勒雷达和风廓线雷达[

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3 ] 的探测结果, 但其监测范 围小, 无法满足大范围精确观测的需要, 因此有必要 发展我国星载微波散射计探测海洋表面风场, 国内 有关风场 的探测主要 集中 于中 高层风场探测[

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5 ] . 目前我国气象部门在国产的星载探测仪器对于海洋 表面风场的研究还处于起步阶段, 主要是利用美国 S e a w i n d s和欧洲 A S C AT( A d v a n c e dS C AT t e r o m e t e r ) 的资料开展研究工作.由于海面风场主要由台 风气旋风场和非气旋风场构成, 非气旋风场( 即去除 台风气旋覆盖区域之后的风场, 该区域内风向变化 不会超过9

0 ° ) 风向块状模糊去除问题是海 洋表 面 风场反演的一项关键技术, 本文利用欧洲 A S C AT 资料开展了该项关键技术的研究. A S C AT [

6 7] 是一种推帚型扫描方式、 扇形波束 的散射计, 其工作频率为5. 5GH z ,对于雨衰不敏 感, 通过排列与系统两侧4

5 ° ,

9 0 ° 和1

3 5 ° 的各3个辐 射波导天 线, 产生仰角宽度为40°、方位角宽度为0.

4 ° 的扇形波束.由于采用推帚式描扫工作方式, 地面轨道上的同一风元( w i n dv e c t o rc e l l , WV C) 一 般会有3个雷达后向散射截面积 N R C S ( n o r m a l i z e d r a d a rc r o s ss e c t i o n ) 实测值( 前向、 中向、 后向) , 利用 这些不同观测条件下获取的 N R C S 值和相应的观 测参数, 即可反演出海面风场. 由于 N R C S与风速存在着对数正相关, 与相对 风向 存在双调和关系, 所以在理论上只要有2个 以上实测 N R C S, 就可反演出1个确定的风矢量. 但由于大气、 云水和雨衰, 以及卫星运行状态的不稳 定性, 得到的 NR C S 会受到污染, 其误差满足平均 值为零的高斯分布.这些受污染的 N R C S, 使得在 近似风速条件下, 出现风向

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0 ° 变化的解, 通过最 大似然法进行风场反演, 也往往只能得到一组模糊 解.模糊解一般为2~4个, 其中只有1个接近真实 风矢量, 其余的称为伪解.所以, 要得到每个风元上 的真实风矢量, 必须对初步反演的结果进行模糊去 除. 模糊去除一般采用圆中数滤波法, 但是传统的 圆中数滤波法[

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1 3] 无法去除块状模糊, 同时传统的 圆中数滤波法还会由于第1风场的缺陷使得滤波迭 代毁坏相邻的风矢量值.本文采用一种加强的圆中 数 滤波法对非气旋风场进行模糊去除, 能够有效去