hy_2a卫星雷达高度计数据的全球统计评价及质量分析_彭海龙.doc

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1、海洋学报 ，第卷第期 年月 ，：，：（）彭海龙林明森穆博等卫星雷达高度计数据的全球统计评价及质量分析海洋学报， ，（）：，： 卫星雷达高度计数据的全球统计评价及质量分析，彭海龙林明森穆博周武 ，（；）中国海洋大学信息科学与工程学院山东青岛国家卫星海洋应用中心北京 ：，、摘要自针对真实性检验及质量评卫星发射以来卫星雷达高度计产品的交叉定标 。，通过使估工作一直在持续开展本文主要以卫星高度计第周期的产品数据为例、，用全球分布图二维直方图和每日均值统计的方法完成了与同时对主产品的比对验证，结果显示高度计产品数据质量较稳要环境校正参数及地球物理产品的数据质量稳定性进行了分析，、此外利用与定卫星升降轨交

2、叉点海面高度差卫星交叉点海面高度差以及沿轨海平，面异常数据分析的方法进行了结果显示卫星高度计观测系统的性能评估卫星海面，。，高度精度约为精度接近能满 足海洋应用与科学研究的需要：；关键词海洋二号卫星高度计全球统计海平面异常 ：（）：中图分类号文献标志码文章编号 。周期有个轨迹文件每个周期数据的产品质量 引言 ，及数据精度是不相同的法国网站针对，、卫星于年月日在太原卫星发等均提供了每周期的数据产品，射中心成功发射并于月它日进入其最终轨道质量报告为用户进行长时间序列的数据应用 评价，是我国首颗海洋动力环境探测卫星搭载了雷达高度提供了参考而国内有关高度计数据质量分、。微波散射计扫描微波辐射计及校正辐

3、射计种计析公开发表文章很少本文主要参考国外卫星的数，微波遥感器卫星轨道为太阳同步轨道倾角据质量评估方法以卫星高度计第周期 ：，降交点地方时为卫星在寿命前期采用重复通过与同时间产品 数据为分析对象 ，、，高度周期为的回归冻结轨道周期分析了有效波高后向散射系数据互比、，、， 电离层延迟湿对流层延迟等参数数据质量最后数雷达高度计作为其主载荷之一主要用、于获取海面高度有效波高和海面风速种主要的地通过卫星升降轨交叉点海面高度差及与。球物理参数目前卫星高度计分发的产品主卫星交叉点海面高度差评估了卫星的，。要为产品以每个产品周期为单位发布数据质量及精度 ：；。：收稿日期修订日期：（）；）。（基金项目海洋公益

4、性行业科研专项国家国际科技合作专项项目 ：（ ），：，。作者简介彭海龙男新疆石河子人副研究员博士研究生主要从事海洋微波卫星定标与真实性检验工作 ：期彭海龙等卫星雷达高度计数据的全球统计评价及质量分析 ，范围为观测范围为南北纬而 数据源情况 ，考虑到高纬度地区海况及海冰等因素影响进行 卫星高度计数据使用了第周期直方图比较及每日统计平均比较分析研究中，：观测数据 时间范围为年月日至和卫星数据仅有海洋上且空间范围位于南北，：，年月日间的测量数据值被保留这里使用了产品中可纬作为比对的同时间范围 （），得到的表面类型信息高度计数据周期含周期至周降雨标识及海冰，：期对应的时间范围为年月日至标识在数据选择中

5、没有使用南北纬范围内的海 ，：。为年月日卫星高全球分布图则使用卫星冰影响在这里认为可以忽略图 ，。度计第图中沿轨迹周期数据地面轨迹覆盖情况实际观测范围内数据。方向一段空白线为数据丢失区域卫星观测 图与卫星高度计数据轨迹覆盖情况 ，对应时间周期的卫星高度计第周期轨迹覆盖情况轨迹覆盖情况， 海洋学报卷 ，就需要被编辑剔除这些阈值在卫星寿命内要求保持测量数据编辑标准 。为常数本文中使用的编辑标准为卫星用户。通过数据编辑的方式可以剔除掉高度计测量中手册中产品中所定义的标准表列出了与，。得到高质量的有效观测结果对不同精度较低的值高度计测距校正相关的参数的编辑阈值高，。编辑标准按最大值和最小值阈值的方式定

6、的参数度计测量反演相关参数表编 辑阈值见表，义至少有一个参数不在这些阈值范围内时测量值 表卫星高度计数据测距校正项编辑标准 干对流层湿对流层电离层大气逆压固体潮洋潮极潮海况偏差参数 最小阈值最大阈值 表卫星高度计测量反演相关参数编辑标准 风速海面高度异常海面高度测距标准偏差有效波高后向散射系数天底参数测距数量 角平方 最小阈值 最大阈值 ，这个变量表示高频数据中有效的测距观测值数量利主要地球物理参数分析 用数据中的测距观测值数量参数可以分析。通过与数据进行比较可以监控卫星高度计测距有效性的空间分布特征，可以探高度计地球物理参数的数据质量稳定性卫星高度计测距有效的一个重要辨别标准为，。测到可能出

7、现的质量异常变化本文针对测距数量大于等于显示否则视为测距无效图高度计产品中主要相关参数进行系统性比较了卫星高度计测距观测值数量小于。，分析此外通 过比对分析两个高度计任务用于测距可以看出测距无效区域只要集中在的数据分布，校正的环境校正项的一致性是进行不同卫星高度计高纬度地区域主要受高纬地区海冰的影响在南海。交叉定标工作的一个重要步骤及以南海域出现的大片测距无效区域初步分析由于全球数据分布。，受浅水及大量岛屿的影响图直方图都是表示数据资料变化情况的一种主要，。、有效波高直方图对比分析可以工具利用全球数据分布图 图为与同时间段波段有比较直观地看出两种卫星高度计产品在相同时间周，效波高分布直方图的比

8、较红色曲线为高度期内数据质量特性的分布状态的差异时间序列的，绿线为计有效波高直方图分布直方图分布逐日均值统计图也可以反映出数据产品的质量稳定，二者直方图分布特征基本一致总体上来看下面将通过相同时间范围内的全球数据分布状态，、相对于但在有效波高小于有效波高值偏低图直方图分布及逐日均值统计的方法进行相关参。，。数的质量分析时较有效波高值偏高图为测距有效性和波段有效波高逐日均值时序曲 ，）（线图蓝 线为红线为可以发现高频卫星高度计中的测距，高度计和波段有效波高具有一致的趋数据频率为数据是由高频数据计算得，（。）势特征但偏差为测量结果偏小到产品中波段测距观测数量图 ：期彭海龙等卫星雷达高度计数据的全球

9、统计评价及质量分析 ，。为和波段有效波高全球分布图半球西风带浪高较大区域，二者空间分布上显示出了极强的 一致性尤其是在南 图卫星高度计测距观测值数量小于的数据分布 图和波段有效波高统计分析图 ，数据直方图比较图逐日均值时序曲线图比较， ，后向散射系数图总体反映了两者间为逐日均值时序图 ，和波段后向散射系数统计分图为较好的趋势特征和波段，析图如图所示图为两高度计后向散射系数直后向散射系数全球分布图二者空间 分布上显示出了，。方图分布两者直方图分布吻合较好均值偏差为较好的一致性，但小于数据的数量要多于 海洋学报卷 图和波段有效波高全球分布图 ，有效波高有效波高， 双频电离层校正校正辐射计湿对流层延

10、迟 图为和双频电离层校正值图为卫星校正辐射计和卫星，统计分析结果图通过比较为数据分布直方图辐射计湿对流层延迟反演结果的统计分析结，可以看到二者有一定相似特征均值偏差为果图基本相似但在左侧小值区为直方图分布，域差别较大图其中蓝为逐日均值时序曲线比较但直方图分布上还有一定的差异图为逐，日平均时序图两者 总体上呈现出较好的趋势性线与绿线分别为辐射计反演结果与，图为二者双频电离层校测量结果偏高二者有非常一致的趋势性模型反演结果，正全球分布图从图中可以看出二者有一定的相红线和黄线分别表示校正辐射计反演结果与，似度但电离层空间分布与相比二者一致性趋势性稍差图模型反演结果，显得较杂乱为二者辐射计湿对流层延迟

11、全球分布图虽然整体上双频电离层校正算法应该可。，。以进一步优化较一致但在高纬度区域有一定差别 ：期 彭海龙等卫星雷达高度计数据的全球统计评价及质量分析 图和波段后向散射系数统计分析图 ，数据直方图比较逐日均值时序曲线图比较， 图和波段后向散射系数全球分布图 ，后向散射系数分布图后向散射系数分布图， 海洋学报卷 图和双频反演电离层校正项统计分析图 ，数据直方图比较逐日均值时序曲线图比较， 图和双频电离层校正全球分布图 ，双频电离层图双频电离层图， ：期彭海龙等卫星雷达高度计数据的全球统计评价及质量分析 图校正辐射计湿对流层统计分析图和 ，逐日均值时序曲线图比较数据直方图比较， 图和校正辐射计湿对

12、流层延迟全球分布图 ，校正辐射计湿对流层延迟辐射计湿对流层延迟， 海洋学报卷 ，图对比分析升降轨自交叉点海面高度差值及与卫星高度计性能分析 高度计交叉点海面高度差值分析的方法分析了，。海面高度是卫星高度计最主要的产品海面高度卫星高度计海面高度的精度在使用了交叉，交产品精度直接反映了卫星高度计的海面测量能力点海面高度差值统计分析前先按照测量数据编辑标。叉点海面高度差值的统计值常被用来评估高度计及准进行数据剔除后得到有效观测数据集表给出，数据质量和监视系统性能了两种卫星高度计在计算海面高度异常时所使用的本文针对卫星（， 。）高度计第采用沿轨海平面异常周期数据参数情况 表高度计海平面异常计算参数一览

13、表 干对湿对大气洋潮与海况平均任务轨道电离层固体潮极潮流层流层逆压负荷潮偏差海平面 由和波和 段反演由和波和模 型模型 段反演 ，沿轨海平面异常分析数据剔除避免受到数据中残留的可疑值影响卫星 、高度计在深海大洋低海况变化区域的观测精度能真相对于平均海平面的卫星 （，）高度计海平面异常图见图实反映出其海面高度观测性能这里我们使用国际通很好的捕获了所有海，、）（，：，西边界流拉尼娜等与相对于平均海洋变化特征南北纬之间水深大于用筛选标准海平 。面异常低于的编辑条件进 行精度评估图平面的卫星高度计海平面异 ，（）。均值为为自交叉点海面高度差值的折线图常图见图表现出相同的海洋变化特征。，为交叉点海面高度

14、标准偏差为图海平面异常的标准偏差为海平。，。未见明显的地理性偏差差的地理分布面异常的标准偏差为这里需要注意的是二交交点比较分析与，者使用的平均海平面模型不同所使用平均 与交叉点海面高度差的计算使海平面模型精度要优于 所使 ，。用了与图自交叉点相同的数据处理方法用的平均海平面模型两种模型的标准 ，。显示出两个高度计海面高度具有较好的一致性但在偏差差异为均值偏差为，其他区域地之间区域海面高度差值略大为进一步分析二者差异海平面异常值大于 。，理空间分布上无明显偏差图为两高度计交叉点二者表现了相同所示的有效数据分布图如图，图中显示在深海区域低海洋变化海面高度差值图但可以明显看出图的空 间分布中卫星，区

15、域交叉点海面高度差值的均值为海面异常大于的有效数据要多于卫星标准偏。，差为有效数据结果接近国外文献提供的与、：自交叉点分析在纬度小于低海洋变化交叉点精度水平 ，及水深大于标准偏差的数据选取条件下通过分析交叉点海面高度差值可以评估高度计 ，。数据质量和海面高度测量性能理想情况是交叉点处，。海面高度差的均值接近等于标准偏差很小结论 卫星计算交叉点所选取的最大时间 间隔为，、，卫星高度计数据的交叉定标和质量评估对于数即本文中降轨交叉点处卫星升 ，海面高度差选择最大时间间隔为据的应用非常重要本文通过分析第周期即空间 ，内数据这样可以使海面高度受海上选取南北纬产品与卫星数据的统计结果以及利用 。平面变化

16、的影响最小数据分析采用标准进行交叉点海面高度差开展了卫星高度计数据质 ：期彭海龙等卫星雷达高度计数据的全球统计评价及质量分析 ，量和性能评估 工作结果显示卫星高度计在地球物理校正项结果显示大多数校正项都呈现了与。，海上具有很好的观测性能卫星高度计海平但在高海况区域特别是南半较一致的特征，。面异常结果与海平面异常结果一致性非常球中高纬度地区某些校正参数结果有一些差异总，都很好的捕获了所有海洋变化特征好卫星体来看卫星高度计的性能非常接近、，降轨海面高度差值的标准偏差为升所提供的海面高度数据将具备非常强的科学研究及均值为。，应用能力与高度计的交叉点比对结 果显示标，准偏差为均值为进一步比对分析相关 图和海平面异常全球分布图 ，海平面异常图海平面异常图， 海洋学报卷 图和海平面异 常大于的有效数据 （） ，海平面异常大于数据分布海平面异常大于数据分布， 图升降轨自交叉点海面高度差 ：期彭海龙等卫星雷达高度计数据的全球统计评价及质量分析 图升降轨自交叉点海面高度差地理分布 与图交叉点海面高度差地理分布 与图交叉点海面高度差 海洋学报卷 ：参考文献， ：， ， ， ， ， ，： ， ， ，（）：， ，（）：，