[发明专利]地球物理模型建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋信息化领域，具体涉及一种地球物理模型建模方法。

背景技术

海洋表面风场是影响海浪、海流、水团的活跃因子和海洋动力学的基本参数，对全球海洋风场的监测，在沿海地区的防灾减灾，海洋环境保障，以及促进海洋相关科学研究中具有重要意义。卫星散射计以其全天时、全天候、高时空分辨率，大覆盖范围等特点，已成为全球海面风场最为重要的观测手段。卫星散射计是一种经过定标的雷达，它向海面主动发射电磁波，并接收经过海面调制的回波信号。通过对雷达回波信号的处理，可得出仅与海面情况有关的归一化后向散射系数(NRCS，或σ0)，从散射计测得的σ0可进一步提取出海面风场，海面风场的信息提取过程称为风矢量反演。

从散射计测得的海面后向散射系数反演海面风矢量需要解决三个方面的问题：建立地球物理模型，风矢量求解算法，模糊解去除算法，其中，地球物理模型是描述电磁波与海面相互作用机制及其定量关系的一种函数形式，根据其建立的方式可以分为物理模型和经验模型。散射计测量的后向散射系数需要借助具体的地球物理模函数才能反演出海面风矢量，因此地球物理模的精度直接决定着风场反演的质量。

目前业务化运行中常用的地球物理模型函数多为半经验模型。半经验模型多利用海面NRCS实测数据和同步海面风矢量现场测量数据或者数值气象预报模式预报风场建立同步观测样本，并通过经验拟合的方式得出后向散射系数对海面风矢量之间的统计关系。如C波段的CMOD4模型、Ku波段的SASS-2、NSCAT-1/2、QSCAT-1模型。这种建模方式建立的半经验地球物理模型在中低风速(＜20m/s)和无降雨发生时，反演得到的海面风矢量精度为：风速±2m/s，风向±20°。对于高风速或者大风(≥20m/s)情况，难于建立足够的高质量同步观测样本用于建立地球物理模型。海面风矢量现场测量数据包括船测数据和浮标测量数据，在高风速条件下样本偏少，且精度不高。例如TAO浮标组所采用的风传感器设计测风量程为0～20m/s，在风速超过30m/s时，大部分浮标已经停止工作。而数值气象预报模式预报的风场也鲜有高风速数据，且在高风速条件下预报风速通常偏低。这使得上述方法建立的半经验地球物理模型在高风速区对后向散射系数的估计值比实际值偏高。

发明内容

本发明提供一种地球物理模型建模方法，能够提高构建出的地球物理模型的准确度。

本发明提供了一种地球物理模型建模方法，包括：

获取辐射计SSM/I和散射计QuikSCAT同步测量的样本；

从所述样本中选取用于人工神经网络训练的训练样本；

确定地球物理模型函数；

通过选取的所述训练样本确定所述地球物理模型函数中的未知系数的值。

所述获取辐射计SSM/I和散射计QuikSCAT同步测量的样本优选包括：

剔除降雨在2mm/h以上的样本；

剔除同一时间和同一地点的SSM/I风速与QuikSCAT风速偏差为4m/s以上的样本；

进行时间匹配，提取SSM/I的测量时间与QuikSCAT的测量时间间隔小于或等于2小时的同步测量的所述样本；

对所述样本进行空间匹配，通过反距离加权插值算法，将SSM/I风速插值到QuikSCAT风矢量面元。

所述从所述样本中选取用于人工神经网络训练的训练样本优选包括：

a.从所述样本中提取风速为16m/s～26m/s，风向为0°～360°的辐射计SSM/I和散射计QuikSCAT同步测量样本；

b.将a步提取的所述同步测量样本按风速间隔1m/s，风向间隔20°进行分组；

c.从每一个组中抽取，将抽取的样本组成训练样本。

所述从每一个组中抽取优选包括：

若一个组的样本的数目大于或等于10个，则从该组中随机或按设定规则抽取10个训练样本；

若一个组的样本的数目小于10个，则从该组中随机或按设定规则重复抽取10个训练样本。

所述确定地球物理模型函数优选包括：

根据风速V，划分不同的风速段，所述风速段包括：V＜16m/s、16m/s≤V≤20m/s、V＞20m/s三段；

针对不同的风速段，确定该风速段对应的子模型函数，所述子模型函数包括：QSCAT_1、(QSCAT_1+NN_GMF)/2、NN_GMF，所述QSCAT_1为散射计地球物理模型；

所述子模型函数与所述风速段的对应关系为：