基于衛(wèi)星高度計的全球平均共線海表面高度研究
2015-05-30 15:08:53王鑫苗洪利
中國新通信 2015年8期
王鑫 苗洪利
【摘要】 衛(wèi)星高度計可以實現(xiàn)全球范圍的全天候海洋動力環(huán)境測量，其中重要的數(shù)據(jù)產(chǎn)品為海表面高度（SSH）。本文基于高度計測量數(shù)據(jù)，計算出每個測量點的海表面高度。利用參考軌道對數(shù)據(jù)采用共線處理得到全球的平均共線海表面高度。這一方法可以在短時間內(nèi)獲得全球范圍的不同時間尺度下的海表面高度信息，能夠為海平面長期變化研究提供數(shù)據(jù)支持。
【關鍵詞】 衛(wèi)星高度計 海表面高度 共線處理
一、引言
衛(wèi)星高度計可以快速準確的測得全球的海表面高度，同時能夠獲得海洋遙感探測中重要的海面有效波高和風速等信息，其測高精度已經(jīng)達到厘米級。衛(wèi)星高度計對于海表面的測量可以全天候下覆蓋絕大多數(shù)的地球海洋表面。和傳統(tǒng)的地基觀察站、驗潮站以及浮標數(shù)據(jù)相比具有高密度、高分辨率的特點?？梢杂行糜诤Ｑ笱芯亢蛧澜?jīng)濟建設之中。星載雷達高度計的發(fā)展已有數(shù)十年，技術日趨成熟，是一種測量能力強、應用前景廣闊的海洋微波遙感器。
二、求算方法
海表面高度需要經(jīng)過計算得出，在高度計的數(shù)據(jù)產(chǎn)晶之中沒有海表面高度這一參量。其計算方法為軌道高度（altitude）減去衛(wèi)星距離海表面的瞬時距離（range），還需要添加各項校正項。添加除海況偏差校正之外所有地球物理校正項后的海表面高度可以表示為：
SSH=H-（R+wet-tropo+dry_tropo+iono_corr+
（1）
IB+ocean_tide+load_tide+solid_tide+pole_tide+SSB）
其中校正項依次為：大氣濕對流層校正、大氣干對流層校正、ku波段電離層校正，大氣逆壓校正、海洋潮汐校正、固體地球潮校正、極潮校正、海況偏差校正等。海表面高度為海平面距離地球參考橢球面距離。
本文選用Jason-2高度計數(shù)據(jù)進行計算。高度計采用周期重復軌道運行，理論上來說每個周期的對應測量點經(jīng)緯度信息應該相同。但是由于光壓，大氣層等因素的作用真實的衛(wèi)星各周期的對應測量點位置并不嚴格重復，兩列測量點位置之間有微小的偏差，并不是嚴格重復。簡而言之，對高度計數(shù)據(jù)的共線處理就是確定一條參考軌跡，并利用實際軌跡上的所有觀測值求算出參考軌跡上參考點的值。由于地球為一兩極略扁的橢球體，因此高度計運行的軌道可以看作為圓形。
理論上可計算出所有周期統(tǒng)一測量點的經(jīng)緯度信息，并將所有計算后的點相連即可得到參考軌道。但是由于上述理論復雜，在此采用一種較為快速方便的方法可以近似得到參考軌道。選取所有周期中逐個按照pass序號計算其包含的測量點數(shù)，再將在所有周期中點數(shù)最多某一序號pass取出作為參考軌跡的該序號pass存儲。將所有254個pass挑選出后即可組成整個一套參考軌跡。上述方法方便快速并且經(jīng)過驗證精準度與理論計算得出的參考軌跡一致。圖2即為所采用的參考軌道。
經(jīng)過數(shù)據(jù)提取并計算，得到各測量點數(shù)據(jù)的經(jīng)度（Lon）、緯度（Lat）、海表面高度（SSH）、有效波高（SWH）、風速（U）。本文選取Jason-2高度計共144個重復周期的GDR數(shù)據(jù)，對海表面高度SSH進行共線處理。
式中SSHi是第i個點的海表面高度觀測值。wk是第k個點對應的權值，該值為實測點距離參考點的距離反比。換另外編號的pass重復上述過程將所有周期所有測量點均做共線處理。并把所有求算出的參考點海面高求平均即得參考軌跡的海表面高度。
三、計算結(jié)果
經(jīng)過共線處理以后，參與共線高度計數(shù)據(jù)的所有cycle中的經(jīng)緯度信息將會統(tǒng)一，最終得到的數(shù)據(jù)集包括經(jīng)度（Lon）、緯度（Lat）、海表面高度（SSH）、有效波高（SWH）、風速（U）。
此時的經(jīng)度緯度相同pass編號的信息是相同的。按照求得的共線海表面高度，對每一個參與共線cycle的數(shù)據(jù)逐一進行共線處理，將會得到一個每個參考點均有144組共線海表面高度SSHcoll，將該值求平均即可得出平均共線海表面高度MSSHcoll。部分平均海表面高度如表l所示：
由此可以得到全球的海表面高度分布，如圖：
四、總結(jié)
本文通過提取Jason-2衛(wèi)星高度計數(shù)據(jù)，將共144個cycle的數(shù)年測量數(shù)據(jù)進行共線處理得到每個測量點對應的共線海表面高度，在對該海表面高度求均值得到了全球的平均共線海表面高度。由計算結(jié)果可以看出印度洋以及大西洋西部和太平洋東部海域海平面相對參考橢球面較低。這一方法可以在短時間得到全球范圍內(nèi)實用的海表面高度，可以為將來的時間大尺度條件下海平面變化提供數(shù)據(jù)支持，并能夠通過控制月測量數(shù)據(jù)，季測量數(shù)據(jù)以及年度測量數(shù)據(jù)和5年10年等尺度進行平均，及時對海平面變化進行分不同時間尺度的監(jiān)測。
