[发明专利]一种基于SAR卫星数据的海浪多参数反演方法及系统

说明书

本发明提出了一种基于SAR卫星数据的海浪多参数反演方法及系统，属于海洋动力学领域，从获取的SAR图像中提取输入特征参数，从与SAR图像时空一致的ERA5数据中提取输出特征参数，去除输入特征参数中的冗余特征参数；根据输入特征参数和输出特征参数，构建输入数据集和输出数据集；构建海浪多参数反演模型，用输入数据集和输出数据集对构建的海浪多参数反演模型进行训练；基于训练好的海浪多参数反演模型，对待反演的SAR特征数据进行海浪多参数反演，得到海浪多参数值；本发明实现了飓风条件海浪多参数同步反演，且不依赖于第三方数据提供初始信息，使SAR海浪信息反演更加独立。

技术领域

本发明属于海洋动力学领域，尤其涉及一种基于SAR卫星数据的海浪多参数反演方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

快速准确地获取台风条件下的海浪信息，有助于对海洋环境变化做出更科学的判断和预报。卫星遥感是当前大范围、高时空分辨率的获取海浪信息的重要手段，但目前有关台风海况下海浪信息反演的研究极少，当前的海浪数据和产品无法满足台风海况下的实际应用需求，因此提高飓风海况下海浪参数反演能力，发展海浪信息精细提取技术具有重要意义。

目前，国内外已有的海浪信息获取方式主要有：浮标观测、海浪数值预报和遥感观测；浮标观测范围局限且是单点分布，且其造价较高、布放后维护困难，无法实现大范围空间域、长时间域海浪观测；海浪数值预报模式也是一种常见的海浪观测方式，是根据一段时间内的海况观测资料，通过海浪统计特性和物理建模从而建立的海浪预报方法，其精度受到了诸多因素的制约，例如驱动风场的准确性、初始条件的设定、观测资料的同化水平、水深的影响等，且其并非现场观测结果；微波遥感有效地弥补了上述观测手段的不足，SAR、雷达高度计、波谱仪均可实现大范围长时间的海浪观测；而且，SAR可以提供海面二维信息，其分辨率要高于高度计和波谱仪，SAR成像不依赖于天气、光照等因素，因此SAR是实现大范围长时间海浪观测的重要手段。

目前基于SAR数据海浪参数的反演方法可以分为两大类：理论方法和基于大数据的经验方法；理论算法基于SAR图像谱与海浪方向谱间复杂的非线性关系海浪参数反演，反演过程极为复杂的过程，而现有的经验算法多适用于中低海况。近年来，极端天气的出现频率明显增加，2018年，邵伟增基于高分3号VV极化数据研究了飓风条件下海浪有效波高与后向散射系数和归一化方差间的关系，得到有效波高与二者为线性关系的结论，但并未有效地反演海浪参数；胡宇逸于2021年基于哨兵1号双极化SAR数据以CWAVE算法为核心反演了飓风海况下海浪有效波高并取得了相对较好的结果；同年，X.B.Zhao等人以PFSM法反演海浪有效波高，去除降雨影响后反演结果与SWAN模拟结果相比均方根误差为0.62m；现有有关台风海况下海浪参数反演的研究较少且模型反演精度有提升空间，且仅反演参数单一，因此需要建立台风海况条件下海浪多参数反演方法，为极端两海浪观测和海洋环境安全提供参考。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于SAR卫星数据的海浪多参数反演方法及系统，从SAR数据中提取输入特征参数，从时空一致的ERA5数据中提取海浪有效波高、平均波周期、风涌浪波高、风涌浪波周期和波向为输出特征参数，对提取的输入特征参数与输出特征参数间的影响关系进行分析，最后基于SVR建立飓风条件下海浪多参数反演模型，实现飓风条件海浪多参数同步反演，且不依赖于第三方数据提供初始信息，使SAR海浪信息反演更加独立。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种基于SAR卫星数据的海浪多参数反演方法；

一种基于SAR卫星数据的海浪多参数反演方法，包括：

从获取的SAR图像中提取输入特征参数，从与SAR图像时空一致的ERA5 数据中提取输出特征参数，去除输入特征参数中的冗余特征参数；