[发明专利]一种高度计风浪和涌浪有效波高分离方法

说明书

本发明涉及一种高度计风浪和涌浪有效波高分离方法，包括以下步骤：构建高度计双波段后向散射系数关于风速和波龄的特征函数关系；求解风速和波龄关于双波段后向散射系数的反函数关系，利用高度计观测的双波段后向散射系数计算风速和波龄；计算风浪有效波高，并结合高度计观测的波浪总有效波高波高计算涌浪有效波高。本发明实现了高度计观测的波浪有效波高中风浪和涌浪有效波高的分离，提高了其海洋动力环境监测辨识能力，获得了高度计新型数据产品，满足了科学研究和工程应用的不同需求。

技术领域

本发明涉及一种风浪和涌浪有效波高的分离方法，具体地说，是一种高度计风浪和涌浪有效波高分离方法，属于海洋遥感技术领域。

背景技术

波浪是海洋表面最显著的物理现象。波浪经常以风浪和涌浪并存的混合浪形式存在，风浪是指当地风产生的波浪，而涌浪是由其他海区传来的波浪。风浪和涌浪有显著的特征差异：风浪具有强非线性特征，是海气边界层过程的重要研究对象；而涌浪具有较强的破坏力，在海洋工程中有重要应用。因此，准确的分离波浪中的风浪和涌浪成分，获取风浪和涌浪的长期、大范围的观测数据，有重要的科学和实际应用价值。

海面上的波浪是一种随机过程，波高大小不一，在实际应用中通常选用某种代表意义的特征波高，有效波高代表1/3大波平均波高，是最常用的波浪特征参量。目前已有观测手段，只有海面定点观测和船载观测可以获取风浪和涌浪有效波高数据。海面定点观测主要基于浮标观测，其优点是观测精度和可靠性高，但观测分布稀疏，观测区域极为有限，难以实现大范围观测。船载观测也存在观测范围有限的问题，并存在观测时间短，观测成本高等问题。星载观测海浪的手段可以基于合成孔径雷达和高度计，其中合成孔径雷达在一般海况下仅能观测涌浪波高，无法观测到风浪有效波高。高度计可以实现波浪有效波高的全球覆盖区域的观测，但是已有技术无法分离其波浪有效波高中的风浪和涌浪成分。发展一种基于高度计星下点观测的风浪和涌浪有效波高分离方法，以提供大范围尺度的风浪和涌浪有效波高观测数据，实现波浪状态的更加准确的观测识别，将为海洋科学研究和工程应用提供有力支持。

发明内容

针对上述技术不足，本发明的目的是提供一种高度计风浪和涌浪有效波高分离方法。该方法可以实现高度计观测的波浪有效波高中风浪和涌浪有效波高的分离，填补了相关技术领域的空白，提高了高度计观测的海面波浪状态的辨识能力。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：一种高度计风浪和涌浪有效波高分离方法，包括以下步骤：

构建高度计双波段后向散射系数关于风速和波龄的特征函数关系；

求解风速和波龄关于双波段后向散射系数的反函数关系，通过高度计观测的双波段后向散射系数计算风速和波龄；

根据风速和波龄得到风浪有效波高，并结合高度计观测的波浪有效波高得到涌浪有效波高。

构建高度计双波段后向散射系数关于风速和波龄的特征函数关系，包括以下步骤：

通过镜面反射理论和风浪谱模型建立高度计双波段后向散射系数关于风速和波龄的特征函数关系；

通过观测数据确定特征函数关系中的待定系数，将待定系数带入特征函数关系中，得到双波段后向散射系数的特征函数关系。

所述通过镜面反射理论和风浪谱模型建立高度计双波段后向散射系数关于风速和波龄的特征函数关系包括以下步骤：

后向散射系数σ₀表示为菲涅尔反射系数和均方波陡的比值：

σ₀＝R/s² (1)

其中R是菲涅尔反射系数，s²是海表均方波陡，其中均方波陡为风浪谱积分的形式：