高分三號衛(wèi)星對海浪的首次定量遙感*

楊勁松 任 林 王 雋

(國家海洋局第二海洋研究所 衛(wèi)星海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 杭州 310012)

高分三號(GF-3)是我國首顆C頻段多極化高分辨率微波遙感衛(wèi)星, 于2016年8月10日在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。GF-3 SAR衛(wèi)星入射角范圍約為20°—50°, 具備單極化、雙極化和全極化等多極化工作能力, 還是世界上成像模式最多的SAR衛(wèi)星, 具有12種成像模式。不僅涵蓋了傳統(tǒng)的條帶、掃描成像模式, 而且可在聚束、條帶、掃描、波浪、全球觀測、高低入射角等多種成像模式下實(shí)現(xiàn)自由切換, 既可以探地, 又可以觀海, 達(dá)到“一星多用”的效果。

近日, 國家海洋局第二海洋研究所衛(wèi)星海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用首批 GF-3合成孔徑雷達(dá)(SAR)遙感數(shù)據(jù)(圖 1)對夏威夷西北部附近太平洋海域的海浪進(jìn)行了首次定量分析和反演研究(圖 2)。

圖1為GF-3 SAR的灰度圖像, 成像時(shí)間為2016年9月2日8:30 (GMT), 衛(wèi)星此時(shí)飛行速度約為 7.6km, 極化方式為VV極化, 飛行方向?yàn)榻弟? 空間分辨率為8m×8m, 中心入射角為28.32°。由圖1可以看出, SAR圖像上存在明顯的黑白相間的海浪條紋, 說明海浪在圖像上能夠順利成像。通過提取灰度圖像上的調(diào)制信息, 并作傅里葉變換分析, 可得到包含海浪信息的圖像譜。進(jìn)一步, 基于經(jīng)典的Hasselmann SAR海浪成像模型的準(zhǔn)線性形式, 同時(shí)估計(jì)傾斜調(diào)制、水動(dòng)力調(diào)制和聚束調(diào)制等三種海浪調(diào)制函數(shù)(MTF), 可以利用圖像譜反演得到海浪譜, 此時(shí)的海浪譜主要為較長波長的涌浪信息,至于較短波長的海浪信息提取, 由于受到方位向截?cái)嘈?yīng)的影響, 則需要引入初猜譜加以補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)。

圖2為圖1反演的海面涌浪參數(shù)。從圖2可以看出, 該海域海浪由西北向東南傳播(即由外海向近岸傳播), 平均波長約200m, 有效波高從2.5m到4.0m不等, 能夠反映浪場的分布差異。由于沒有同步的現(xiàn)場觀測資料和其他衛(wèi)星遙感資料, 本文將這些結(jié)果與歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)提供的ERA-Interim再分析數(shù)據(jù)進(jìn)行了比對。初步反演與比對結(jié)果表明, 兩者有較好的一致性, 但本文的反演結(jié)果反映了更多的細(xì)節(jié), 顯示GF-3 SAR有能力對海面涌浪信息進(jìn)行高分辨率的觀測; 同時(shí), 再次表明ERA-Interim再分析數(shù)據(jù)低估了有效波高, 因此GF-3衛(wèi)星的發(fā)射將有利于提高全球海浪的遙感觀測水平。

高分三號; 合成孔徑雷達(dá); 海浪

圖1 GF-3 SAR的灰度圖像Fig.1 Gray scale image from GF-3 SAR

圖2 圖1反演的海面涌浪參數(shù)Fig.2 The retrieved ocean waves from Fig.1