多层粗糙表面介质模型的高海况星载雷达高度计参数反演与校正算法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41376181
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    75.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0607.海洋遥感
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The project mainly investigates the current problem in the following: at high sea states such as tropical cyclones,typhoons,hurricanes and so on, the satellite radar altimeter (referred to as the altimeter) measurement data due to those factors are affected to a great extent and thus the precision of retrieving parameters(significant wave height, sea surface wind speed and sea surface height and etc.) is very poor. Because these high sea staes such as the typhoon, hurricane usually associated with big waves,strong rainfall,and also aroused foams and spray droplets which constitute a whitecap layer on the surface of the sea and increase the surface roughness, will directly affect the altimeter echo waveform, thereby affecting accuracy of inversion parameters. Therefore,the project firstly plans to study the characteristics of electromagnetic wave striking on the air-sea mixed surface by establishing a multilayer randomly rough dielectric model. After comprehensively understanding and calculating the electromagnetic scattering theory in the details the project will put forward an improved relationships with cosidering about the effect of whitecaps between the ku and C band backscattering coefficents to correct the relationships about theirs at the usual sea states. Secondly, after understanding these mechanisms and principles about whitecaps and rainfalls influencing measured data of altimeter and radiometer, the project will study some recycling iteration and corrections to finish correcting significant wave height and backscattering coefficients for reducing the rainfall and whitecaps effect by mainly using HY-2 and typhoons shanshan data, and then correct the sea surface height and wind speed. Finally, the result about these corrections and their application cases, steps and precisions will be presented.
本项目主要研究当前一个问题:在热带气旋、台风和飓风等高海况下,星载雷达高度计(简称高度计)测量的数据受此影响而反演参数(有效波高、海面风速和海面高度)精度较差。由于台风、飓风等高海况通常伴随大浪及强降雨,而且在海面会激起泡沫、飞沫等白冠层,增加海面粗糙度,这些都会影响高度计回波波形,进而影响参数反演精度。所以,本项目首先建立多层随机粗糙表面介质模型来研究海气混合海面电磁散射特性,在详细计算和透彻理解海气混合海面电磁散射特性基础上,通过对Ku、C波段后向散射系数之间关系的修正,提出一种考虑白冠影响的Ku、C波段后向散射系数之间关系。其次,在理解白冠、降雨对高度计测量数据影响机制前提下,研究循环迭代原理和方法,主要就海洋2号、台风珊珊数据,重点考虑降雨、白冠影响,研究校正算法并对后向散射系数、有效波高进行校正,进而对风速和海面高度进行校正。最后,给出高海况下的参数反演及其校正方法、精度及应用。

结项摘要

项目的背景:本项目主要研究当前一个问题:在热带气旋、台风和飓风等高海况下,星载雷达高度计(简称高度计)测量的数据受此影响而反演参数(有效波高、海面风速和海面高度)精度较差。由于台风、飓风等高海况通常伴随大浪及强降雨,而且在海面会激起泡沫、飞沫等白冠层,增加海面粗糙度,这些都会影响高度计回波波形,进而影响参数反演精度。.主要研究内容:(1)完成研究建立多层随机粗糙表面介质模型:空气-飞沫-泡沫-海水多层粗糙表面模型,空气-降雨-海水多层粗糙表面模型,空气-降雨-飞沫-泡沫-海水多层粗糙表面模型。(2)研究数值计算方法时域有限差分法FDTD、钜量法MOM、基尔赫夫近似法KA及多层平行电磁理论来研究多层粗糙表面模型的Ku/C波段电磁散射特性:反射率,后向散射系数,以及降雨和泡沫、飞沫衰减特性。(3)研究Ku、C波段后向散射系数之间关系的及有泡沫、飞沫存在时标准关系的修正,提出一种考虑白冠影响的Ku、C波段后向散射系数之间关系。(4)在理解白沫、降雨对高度计测量数据影响机制前提下,研究循环迭代原理和方法对降雨/白沫(飞沫和泡沫)进行校正, 给出高海况下的参数反演及其校正方法。(5)主要就台风珊珊数据,重点考虑降雨、白沫影响,研究校正算法并对后向散射系数、有效波高进行校正,进而对风速和海面高度进行校正。.重要结果:建立了多层粗糙表面模型及仿真程序和集成软件。FDTD\MOM\KA计算多层平行介质理论方法计算了多层粗糙表面电磁散射特性及程序和集成软件:降雨和飞沫-泡沫对Ku、C波段脉冲的衰减特征,降雨和飞沫-泡沫校正方法和方案。神经网络方法反演大气温度、湿度和液态水含量结果用于大气校正。发表6篇学术论文,一篇发明专利在公示阶段,毕业四名研究生。考虑到后两年预计有两篇学术论文发表,本项目能完成计划。.关键数据:降雨衰减校正表,白沫(泡沫、飞沫)衰减及其引起有效波高变化的校正表。台风姗姗数据校正及大气温湿液态水含量反演数据。.科学意义:校正方法和方案应用到台风姗姗数据校正,神经网络方法应用于地基微波辐射计大气温度湿度液态水含量反演和台风姗姗校正。结果与数据可广泛应用到天气海洋预报、海洋工程、渔业等部门及 海洋动力环境科学研究中。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
A New Approximate Fast Method of Computing the Scattering from Multilayer Rough Surfaces Based on the Kirchhoff Approximation
基于基尔霍夫近似的多层粗糙表面散射近似快速计算新方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    radio science
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    jiasheng tian;Jian tong
  • 通讯作者:
    Jian tong
The Research on Ocean Surface Wind Speed Retrieval by Neural Network Algorithm for HY2 Altimeter
HY2高度计神经网络算法反演海面风速研究
  • DOI:
    10.22606/gr.2017.21001
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Geosciences Research
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    jiasheng tian;Hang Xue
  • 通讯作者:
    Hang Xue
高度计误指向角引起的参数反演误差分析与校正方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    遥感科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田加胜
  • 通讯作者:
    田加胜
Numerical Calculation and Analysis of the Normal Relationship of the Dual-Frequency Altimeter Backscatter Coefficient
双频高度计后向散射系数正态关系的数值计算与分析
  • DOI:
    10.25125/engineering-journal-ijoer-apr-2017-24
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    International Journal of Engineering Research &Science
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    jiasheng tian
  • 通讯作者:
    jiasheng tian

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其他文献

高海况四层介质模型的海面风速反演算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    International Journal of Geosciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田加胜
  • 通讯作者:
    田加胜
一种充分考虑高海况的风速反演算法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    遥感技术与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田加胜;刘巧云;周程;石坚;邓跃
  • 通讯作者:
    邓跃

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田加胜的其他基金

粗糙表面模型及其电磁散射特性的卫星雷达高度计海况偏差研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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