海洋所在新一代海洋宽刈幅干涉测高遥感研究中取得新进展

  传统海洋雷达高度计卫星具有覆盖全球的优势,但难以分辨海面较小尺度上的变化。干涉测量比直接测量在测量小量变化方面有巨大优势,这是由于干涉测量能够把被观测距离的微小变化转化为易于测量的干涉相位变化并加以放大,例如,激光干涉仪的测距精度可达纳米量级。干涉测量的概念正在被应用到卫星海洋遥感,成为新一代海洋遥感发展的趋势。但是,干涉测量中相位测量的敏感性大大增加了其实现难度,对载荷、海上定标等技术要求甚高,目前还没有成熟的海洋干涉遥感卫星出现。美国SWOT宽刈幅干涉测高卫星计划202211月发射,旨在把卫星观测的海面变化分辨率提高一个数量级,实现面向实践应用的大范围海面三维高度变化的同步观测。我国也开展了相应的预研工作,中科院海洋所徐永生团队在该方面的研究中取得进展,继2020年在国际上首次实现宽刈幅干涉高度计海上定标之后,近期又首次实现了海洋宽刈幅干涉测高数据的实际应用。 

 

左图为待观测流,中图和右图分别为传统高度计(Jason1+2)和新一代干涉高度计(SWOT)仿真观测数据反演的流

  徐永生研究团队与航天科工集团二十三所、自然资源部第一海洋研究所、中国海洋大学等单位合作,于20194月在青岛附近海域进行了一次宽刈幅干涉高度海上定标试验。试验面临着传统经典难题,即如何通过单点的海面高度序列测量定标宽刈幅干涉高度计三维海面高度观测?徐永生提出了通过时间域与空间域能量密度之间的关联性定标干涉高度计的方法,创新性地解决了上述问题,得以成功定标,成果于20205月在国际学术期刊 Remote Sensing上发表,云鼎信誉娱乐场:文章第一作者是自然资源部第一海洋研究所杨磊(目前是徐永生团队在读博士生),徐永生研究员为共同第一作者。 

青岛近海试验航线和现场观测布放示意图(左);通过频散关系统一后的时间域海面高程方差保持频率谱图(右,蓝线为GNSS浮标测量结果,红线为宽刈幅干涉高度计测量结果)

  试验结果初步显示出宽刈幅干涉高度计观测的优势,直接呈现出海浪场引起的三维海面高度变化,而之前的大面积海浪场的遥感观测只能通过其对后向散射系数的影响间接体现。高分辨三维海面高度变化的同步观测为海浪研究提供了丰富的信息,而新型数据亟需新的分析方法。徐永生团队继而开发了第一个基于三维高度变化的海浪参数反演方法,能够精确获取海浪波向、波长、有效波高等参数,成果近期在国际学术期刊 IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters在线发表,文章第一作者是徐永生团队在读博士生姜秋富,徐永生研究员为共同第一作者兼通讯作者。     

   

宽刈幅干涉高度计观测的三维海面高度变化(左);海浪场波向(中);海浪场波长(右)

  我国20118月发射第一颗传统雷达高度计卫星,比国际首颗长期运行的传统高度计卫星 Geosat1985)迟后26年。海洋亚中尺度是卫星海洋遥感观测的断层、海洋能量串级的关键环节,而人类对面向亚中尺度过程的新一代海洋宽刈幅干涉高度计卫星的研发还处于初始的并跑阶段。徐永生研究员长期从事高度计卫星项目研发工作,发现传统高度计的仪器噪音对海洋地转涡流观测的影响(Xu and Fu, 2012),证明传统高度计的一维沿轨观测方式会导致中尺度时-空混叠误差的存在(Hu and Xu 2020),发现新一代干涉测高卫星对亚中尺度涡旋的分辨将能够极大改善对海洋动力学与生态之间关系的研究(Zhao and Xu et al 2021),相关工作对我国新一代海洋遥感卫星研究具有积极意义。 

    

  相关论文:     

  [1] Qiufu JiangYongsheng XuHanwei SunLideng WeiLei YangQuanan ZhengHaoyu Jiang, Xiangguang ZhangChengcheng Qian"Wind-Generated Gravity Waves Retrieval From High-Resolution 2-D Maps of Sea Surface Elevation by Airborne Interferometric Altimeter," in IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, doi: 10.1109/LGRS.2021.3088516. 

  http://www.3834570.com/492/document/9462715/keywords#keywords        

  [2] Lei Yang, Yongsheng Xu, Xinghua Zhou, Lin Zhu, Qiufu Jiang, Hanwei Sun, Ge Chen, Panlong Wang, Stelios P. Mertikas, Yanguang Fu, Qiuhua Tang andFangjie Yu. Calibration of an Airborne Interferometric Radar Altimeter over the Qingdao Coast Sea, China[J]. Remote Sensing, 2020, 12(10):1651.     

  [3] Yongsheng Xu, Lee-Lueng Fu, The Effects of Altimeter Instrument Noise on the Estimation of the Wavenumber Spectrum of Sea Surface Height[J]. Journal of Physical Oceanography, 2012, 42(12):2229-2233.     

  [4] Denghui Hu, Yongsheng Xu, A New Method of De-Aliasing Large-Scale High-Frequency Barotropic Signals in the Mediterranean Sea[J]. Remote Sensing, 2020, 12(13):2157.     

  [5] Dandan Zhao, Yongsheng Xu, Xiangguang Zhang, Chao Huang, Global chlorophyll distribution induced by mesoscale eddies, Remote Sensing of Environment2021, 254: 112245.   


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