Performanceofstorm

STORM反演海浪谱精度验证孙占峰孙健管长龙中国海洋大学摘要：本文通过分析从STORM反演得到海浪谱的海浪参数，验证了波谱仪在不同海况下海浪谱反演精度。真正的孔径雷达STORM目的在于探测海浪的方向谱，它采用在小入射角锥形扫描波束方式。该测量原理是基于的倾斜长波调制后向散射截面。本文通过比较从STORM、SWAN模型反演得到的海浪谱，并与从浮标的测量的数据进行比较。比较结果显示：对于涌浪和涌浪占优势的海浪（有效波高大于2米），由STORM反演所得海浪谱与实际海面描述相符。关键词方向谱真实孔径雷达小入射角1．简介海浪谱是海浪场和各种海洋工程以及海浪预报参数的重要的统计属性，海浪信息可从海浪谱计算获得。为了获得实时数据和实现大面积监测海面，一些传感器已经开发并用于测量海浪定向特性。波谱仪真实孔径雷达采用小入射角、锥形扫描波束，是获得海浪谱的一种新型的遥感传感器。在20世纪80年代，Jackson等开始有关研究和研制了第一个Ku波段波谱仪。此后，Hauser等人也开始研究波谱仪并研制了C波段的RESSAC（现更名为STORM）和Ku波段SWIMSAT。Ku波段SWIM（用于海浪调查和监测）将搭载在CFOSAT（中国法国海洋卫星）上。在本文中，STORM的特性和数据集在第二部分介绍。第三部分介绍从STORM、SWAN模型反演得到的海浪谱和浮标测量数据进行比较，以分析STORM在不同的海况性能。最后的结论在第四部分。2.STORM系统和数据STORM由CETP研发，C波段（5.35GHz）的FMCW（调频的连续波）雷达。本文采用的是从VALPARESO实验STORM数据，此试验活动在法国海岸和英国英吉利海峡从2002年10月19日至2002年11月21日。点1206（48.50°N，5.46°W）和2106（48.52°N，5.69°W）是附近的浮标的位置。航次12（10月19日）和航次21（11月4日）分别在两点进行采样飞行“PHAROS”浮标（48°31'42“N，10°49'03”W）位于在实验区，提供风速和波浪参数，采样频率为一小时，数据如表2所示。3.数据分析STORM的原理已经在之前介绍过。雷达后向截面调制谱和斜率频谱可认为是线性。其中，Ly是足迹在方位的宽度方向，K为波数，φ是方位向。波高谱F（K，φ）可以通过（1）和（2）来计算。为了验证结果，STORM反演得到的结果与SWAN模型和浮标数据进行了比较。应当注意的是，海浪谱颜色代表相对值（相对于的最大值）和风向为风吹方向。A．海浪模式结果我们选择的模式是SWAN模型，是专门用于为沿海。输入风场数据是Quikscat卫星/NCEP融合数据，为0.5°×0.5°的分辨率，每日四次。由SWAN模型反演得到的海浪谱是与STORM在相同的位置、相同的时间。在本文中，各个角度都表示相对于北。B.比较与讨论2002年10月19日反演得到海浪谱根据浮标，选择10月19日STORM数据，风速为9.7-10.8米/秒，有效波高只有0.7米，海平面的能量面是非常小的。从二维STORM和SWAN模型结果如图1（a）及（b），STORM海浪谱峰值波长是640.81米，峰值方向是与北向夹角281.31°，有效波高为1.73米。二维SWAN模式反演海浪谱可见，海面其特征，一个峰波波长28.44米，峰值方向是与北向夹角277.5°，有效波高0.97米。显然，两种数据相差较大，从SWAN模型反演结果数据更接近浮标数据。图1（c），比较结果较好。STORM在这种情况下结果不理想。可能是在此情况下信号太弱而信噪比（信号噪声比）过小时的原因。C.比较与讨论2002年10月20日反演得到的海浪谱这种情况下，通过比较STORM和WAM模式反演结果。海面的特征是一个小的风浪和大的涌浪同时存在，参数如表2中。在这种情况下，比较结果是较理想的。D.比较与讨论2002年11月4日反演得到的海浪谱从浮标的数据可得，风速是4.9-5.9米/秒，峰值波长为221-232米，有效波高为3.3-3.8米，这显然是在海面涌浪占主导地位。STORM的2D谱计算可得如下：峰值波长是287.26米，峰值方向是113.20°，有效波高3.96米。STORM和浮标之间峰值波长的相对误差约23.8％，以及有效波高4.2％。SWAN的2D谱计算可得如下：峰值波长是255.32米，峰值方向112.5°和有效波高3.50米。STORM和SWAN峰值波长相对误差约为12.5％，有效波高约为13.14％。比较结果显示STORM探测海浪谱结果比较理想。信噪比在这种情况下足以区分信号。4．结论在本文中，我们分析了STORM在不同海况下探测海浪谱。通过比较STORM、SWAN模型反演结果和浮标的数据，比较结果示于表2中。对于一个非常小的有效波高的情况下（我们在3.C讨论），由于调制长波太弱，即信号太弱而信噪比太小，这将影响调制谱精度。Jackson等已经表明，在为了保证测量的精度，海况应至少超过约2米，10月19日航次12飞行结果证实了这一理论。最后概括为STORM在涌浪占主导地位或完全成长、有效波高大于约2米的情况下反演结果是理想的，对于小有效波高的情况下，STORM性能不理想。由于种种限制，在本文中数据只有三种—海面有非常小的海浪、有大浪主导海浪和海浪完全成长。CFOSAT的发射将有更多的数据用于今后的分析。