摘要：技术参数设计研究是提升全极化SAR海洋环境探测能力的有效途径.本文通过分析噪声等效后向散射系数和辐射分辨率与海洋环境探测的地球物理联系,提出一种全极化SAR关键技术参数设计方法.采用全极化海面散射模型计算不同海洋环境条件下的雷达后向散射系数,据此确定全极化SAR对海探测的噪声等效后向散射系数,再将其作为合成孔径雷达方程输入参数,以辐射分辨率和信噪比的函数关系为约束条件,开展信噪比、辐射分辨率和系统功率孔径积等技术参数设计研究.论文通过全极化海面散射模型的仿真计算,发现对海探测的噪声等效后向散射系数设计为-35.0 dB,可满足全极化SAR不同海洋环境条件的探测需求.通过研究辐射分辨率与信噪比的函数关系,发现对海探测的最优信噪比为8.0 dB.C波段机载全极化SAR设计结果表明,由于兼顾了海洋环境探测需求,本文设计方法使得全极化SAR技术参数同时满足了海洋环境应用需求和系统设计要求.

摘要：机载全极化SAR海面风矢量反演研究对于近海岸复杂气象条件下风矢量探测具有重要意义.本文从极化散射理论出发,通过分析全极化SAR探测数据与海面风矢量的关系,设计了全极化SAR海面风矢量反演方案.依据机载SAR高机动性和全极化两个探测特点,针对VV极化探测数据,提出了基于最大似然估计的海面风矢量反演方法,并设计了飞行实验方案;针对VH极化探测数据,提出了通过带约束最优拟合的VH极化海面散射模型反演风速,再利用CMOD5地球物理模型函数计算风向的海面风矢量反演方法.利用机载全极化SAR探测的台风"海葵"边缘数据,开展了海面风矢量反演实验研究.研究结果表明,两种风矢量反演方法均可不借助辅助信息,反演复杂气象条件下的海面风矢量.前者反演风向、风速的均方根误差分别为18.0,1.8m/s,后者反演风向、风速的均方根误差分别为9.3,1.2m/s,后者的反演精度优于前者.这是因为VH极化归一化雷达截面与风向和雷达入射角无关,仅与风速密切相关,更适合复杂气象条件下的海面风矢量反演.

摘要：针对液态云微物理特性精确反演的迫切需求,综合主被动传感器的探测优势,联合CloudSat雷达反射率和Aqua光学厚度资料,提出基于最优估计理论的液态云微物理参数反演算法.通过假设粒子谱服从对数正态分布,基于前向物理模式建立测量变量与反演变量的函数关系,借助谱分布参数的先验信息、通过算法迭代得到谱参数的最优解,进而利用前向物理模式反演液态云微物理参数,并根据误差传递理论计算反演不确定度.通过设计反演方案,基于实测个例数据并与CloudSat官方发布产品和经验算法反演结果对比验证.结果表明:基于最优估计理论、联合主被动传感器资料的液态云微物理参数反演结果与官方发布产品一致性较好,弥补了经验算法误差大、扩展性差的不足,对于开展国内星载和机载W波段毫米波雷达液态云微物理参数反演研究具有重要的借鉴意义.

摘要：从大气气体吸收衰减模型出发,基于微波雨衰特性和雨滴谱统计资料建立了微波链路降雨有效衰减的修正模型和视距微波链路的降雨反演模型.设计并搭建一条视距微波链路测雨实验系统,利用降雨反演模型反演了路径平均降雨强度,并与雨滴谱仪进行了同步对比.观测结果表明,视距微波链路降雨反演模型的反演雨强与雨滴谱仪测量结果的相关系数大多高于0.6,最高可达0.9647;累积降雨量的绝对误差大多在0.5 mm以内,最小偏差仅有0.0827 mm;相对偏差大部分在15%以内,最小相对误差为3.3415%.实验结果验证了微波链路反演降雨的有效性和准确性.

摘要：作为一种新兴的被动遥感技术,全极化微波辐射计不仅可以提供海面风速产品,还可以提供海面风向产品.以往利用全极化微波辐射计观测亮温进行海面风场反演仅在晴空条件下进行,本文通过对观测亮温结合台风区域海面风场的分布特征进行分析,验证了全极化微波辐射计具有在台风等恶劣天气条件下进行海面风场观测的能力.基于敏感性分析实验,确定使用6.8GHz和10.7GHz等低频通道组合可进行台风区域内海面风场反演.其中,海面风速反演使用基于统计的多元线性回归算法,同时对海面温度、大气水汽含量、云中液态水含量及降水强度等物理量进行反演计算,为海面风向反演做准备.海面风向反演使用物理统计法进行,借鉴散射计风向反演使用的最大似然估计法.通过在全极化辐射传输前向模型中加入降水对大气透过率的影响、设计第三和第四Stokes通道亮温环境影响修正函数,在实现台风区域内海面风向反演的同时减小了反演误差.通过对"云娜"台风境内海面风场进行数值计算,验证了本文反演算法的可行性,并对反演误差的空间分布特征进行了分析.将2004年各台风过程的海面风场反演结果与散射计风场产品进行对比,海面风速和海面风向反演的均方根误差分别为1.64m·s-1和18.02°.

摘要：为研究NMOHEMS探头下沉运动过程中各运动参数及流场的变化情况,基于转捩模式,采用三维动态混合网格模型的动网格技术,建立了NMOHEMS探头下沉运动的三维仿真方法,实现了对探头下沉过程的数值仿真;并对转捩的临界雷诺数进行了分析,通过选取不同雷诺数进行转捩,并将计算结果与实验结果对比,初步判断常温淡水环境下转捩的临界雷诺数约为300;仿真计算结果中的深度、速度和加速度变化均与实验结果吻合较好,证明了该三维仿真方法是合理可行的。工作可为NMOHEMS系列探头的设计及其运动的数值仿真提供理论基础。

摘要：在直接体绘制中,传输函数定义了从体数据属性到光学属性的映射关系,直接决定了绘制的效果,是体绘制研究的关键技术之一。传统的多维传输函数是基于体数据和梯度数据进行设计的。首次提出基于小波边缘检测的传输函数设计方法,并且实现了基于GPU直接体绘制。

摘要：为了获取自然环境条件下的雨滴形状、尺度、速度、取向等微物理特性,基于粒子成像测速的瞬态测量可视化技术,研究基于点扩散函数的图像复原算法和自相关图像的速度提取算法,设计并研制了一种基于面阵电荷耦合元件的自然降水成像测速系统.通过外场观测试验研究了雨滴的直径、速度、轴比和空间取向及其谱分布等微观物理特性;雨滴的速度随直径的增大呈指数增大,轴比随直径的增大呈线性减小,空间取向易受环境风的影响,倾斜角的平均值在2.1?左右,标准偏差为11.5?;基于实测数据拟合了雨滴速度和轴比随直径的变化关系.与国外已有模型相比,本文进一步得出了具有本地化特征的雨滴微物理特性.所得到的结论对于云降水物理学研究、天气雷达地面定标、雨致微波衰减评估等方面的应用具有重要的意义.

摘要：Pan-sharpening将高分辨率图像全色(Panchromatic,Pan)波段的空间细节注入多光谱(Multispectral,MS)波段,以生成同时具有高光谱和高空间分辨率的多光谱图像.为改善融合效果,需要考虑多光谱和全色波段的调制传输函数(Modulation transfer function,MTF).本文提出了一个新的基于MTF和变分的Pan-sharpening模型.该模型的能量泛函包括两项,第1项为细节注入项,基于高通滤波器从Pan波段中提取细节信息并注入融合图像;第2项为光谱保真项,基于MTF设计多孔小波的低通滤波器以保持MS波段的多光谱信息.在Quick Bird、IKONOS和Geo Eye数据集上的融合结果表明,该模型可以生成同时具有高空间和高光谱质量的融合图像,融合效果优于AWLP、IHS BT、HPM-CC-PSF、NAWL、快速变分等算法.

摘要：利用全球谱模式T106L19和增长模繁殖法(BGM)建立了月动力延伸集合预报系统,基于气候海表面温度(SST)和预测海表面温度,设计了三组集合预报试验,一组为气候SST作为模式下边界条件的集合预报试验(CSST试验),另一组为预测SST作为模式的下边界条件的集合预报试验(FSST试验),第三组为前两组试验的集合预报结果之和(AVE30试验),对两种海温强迫分别进行了48个月的试验,并对预报结果进行了检验和分析。结果表明:相对于单一的控制预报,不管是CSST试验还是FSST试验,利用BGM方法制作的初值集合预报能显著提高月平均环流的预报技巧,集合预报对PNA区域的预报技巧改进显著,特别是预测SST强迫有正的贡献;同时考虑初值和边值不确定性影响的集合预报试验(AVE30试验),其全球预报技巧不仅高于控制预报,也分别高于FSST试验和CSST试验,这说明要提高月延伸预报技巧,必须同时考虑初值和边值的影响;大气对SST强迫的响应在模式积分10天开始显著,SST对第二旬和第三旬的作用直接影响月平均环流的预报效果,而SST对第二旬和第三旬预报的影响不仅与SST本身变化有关,还与初值有关,不同的初值其作用不同;集合预报对我国夏季月平均温度分布具有较强预报能力,采用预报海温强迫的预报结果,总体上优于气候海温强迫的结果。