（azimuth angle）、标准化雷达后向散射截面.PPTVIP

第九章 风场遥感 §8.1 卫星和散射计（Satellite Scatterometer） §8.2 标准化雷达后向散射截面 （Normalized Radar Backscatter Cross Section） §8.3 电磁波在粗糙海面的散射 （Scatter of EM Waves at a Rough Sea Surface） §8.4 经验模型（Empirical Model） §8.1 卫星和散射计（Satellite Scatterometer） 散射计（scatterometer）是一种专门监测全球海表面风的主动微波雷达（active microwave radar）。使用卫星携带的散射计可获得全天候、高分辨率的全球海洋近表面风资料。 表 8-1显示目前世界各国已经发射的卫星及其携带的散射计名称 卫星 资助者 散射计 算法 QuikSCAT (1999～) NASA SeaWinds (“海风”) 美国宇航局必威体育精装版设计的双幅侧扫描的Ku-波段/13.4GHz散射计，刈幅为1800km，每天能覆盖地球90%的面积。 ADEOS –II (2002/12～2003/10) JAPAN SeaWinds ADEOS –I (1996/9～1997/6) JAPAN NSCAT 美国宇航局的第一部双幅侧扫描的Ku-波段/13.995GHz散射计 ERS1 (1991～) ERS2 (1995～) ESA AMI-SCAT 模式 属于单幅侧扫描的C-波段/5.3GHz垂直发射垂直接收(VV)雷达，刈幅为500km CMOD3 CMOD4 CMOD5 Seasat-A (78/7～78/10) NASA SASS (Seasat-A Satellite Scatterometer) 属于单幅侧扫描的Ku-波段垂直发射垂直接收(VV)和水平发射水平接收(HH)雷达 SASS-Ⅰ SASS-Ⅱ Skylab (1973～1974) NASA 散射计 图8-1显示美国宇航局JPL给出的“QuikSCAT每日风况报道”的一个例子 该图显示了在西北太平洋日本附近海域有一个逆时针旋转的气旋，最大风速达到约50节（knots）。借助于风的近实时卫星遥感数据，并利用大气及海洋数值预报模型，可以改进全球和近海天气预报，改进风暴预警和监测水平。 卫星散射计反演风速会出现多组解 一般地，卫星地面站数据处理中心给出的散射计海面风的产品不限于一组解。例如，欧空局ERS1/2卫星AMI-SCAT散射计海表面风的产品一般给出有四组解。 这是因为散射计测量的直接要素并不是风，而是海面上风诱导的重力–毛细波。在这些风诱导的短波与电磁波的布喇格共振（Bragg-resonance）表现上，逆风和顺风方向的差别不明显。其次，风速和风向不是一个未知量，它们构成两个未知量。第三，风和海表面波浪的随机性和湍流使得波浪能量分布并不总是沿风向对称分布的。当然，还有其他各种原因例如大气的稳定性问题、影响波浪的风区问题以及反演模式的优劣等问题。 上述原因造成散射计遥感风速的一个普遍问题是，风速和风向的反演结果经常是多解的和模棱两可的（amphibolous）。 欧空局ERS1/2卫星采用前、中、后三个天线依次探测海洋上同一个25km×25km的面积元，即同一个面积元被连续探测三次，三个天线发出的电磁波束在海面的投影与卫星在海面的轨迹分别有45o、90o和135o的夹角。对同一个点元，三个天线探测的入射角也各不相同，入射角的分布范围是18o到58o。依据反演的算法，每个天线的测量给出一个方程，三个天线的测量给出的三个方程组成一个方程组。 通过与现场浮标测量比较，人们发现：遵照最小二乘法计算出的方程组的解并不总是真实的物理解，具有第二、第三或者第四小误差的解可能符合真实的物理条件。从散射计海面风产品的多组解挑选最佳解是用户的工作；当然，第一组解一般情况下是最佳解。当用户发现问题时，需要从其它备选解中寻找真实解。 §8.2 标准化雷达后向散射截面（Normalized Radar Backscatter Cross Section） 卫星发出的电磁波向下传播，遇海面后向散射的电磁波携带着海面的信息，这些信息连同噪音被雷达接收。 图8-2是描述散射计的雷达波束在海面投射的几何示意图，其中θ是入射角，R是天线到被探测元的距离，A是雷达波束照射到海表面的面积。 雷达方程（Radar Equation） 雷达方程的基本形式是 (8-1) 式中PR是接收的雷达功率（单位Watt），PT是发射的雷达功率